(57)【要約】      （修正有）【課題】より軽量且つコンパクトなブレーキシステムを提供する。【解決手段】中心軸の周りを回転するように構成されたシャフト（１０４）に堅固に接続されるロータ（１２２）を含むブレーキシステム（１００）が開示される。ロータ（１２２）は、第２のサイドとは反対側の第１のサイドを有しており、ブレーキシステムは、ロータの第１のサイドに設けられた第１ステータ構造体（１３０）、及び、ロータの第２のサイドに設けられた第２ステータ構造体（１３２）を含む。ブレーキシステムは、ロータの第１のサイドと第１ステータ構造体との間の第１転頭プレート（１２６）、及び、ロータの第２のサイドと第２ステータ構造体との間の第２転頭プレート（１２８）をさらに含む。第１転頭プレート及び第２転頭プレートの各々は、第１ステータ構造体及び第２ステータ構造体がロータの回転速度に比べて回転速度を下げた際に、転頭するように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸の周りを回転するように構成されたシャフトに回転接続されるとともに、第２のサイドとは反対側の第１のサイドを有するロータと、
前記ロータの前記第１のサイドに設けられた第１ステータ構造体、及び、前記ロータの前記第２のサイドに設けられた第２ステータ構造体と、
前記ロータの前記第１のサイドと前記第１ステータ構造体との間の第１転頭プレート、及び、前記ロータの前記第２のサイドと前記第２ステータ構造体との間の第２転頭プレートと、を含むブレーキシステムであって、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの各々は、前記第１ステータ構造体及び前記第２ステータ構造体が前記ロータの回転速度に比べて回転速度を下げた際に、転頭するように構成されている、ブレーキシステム。
【請求項２】
前記第１ステータ構造体は、中空の円筒形スリーブによって、前記第２ステータ構造体と堅固に接続されている、請求項１に記載のブレーキシステム。
【請求項３】
前記中空の円筒形スリーブの内面に摩擦係合して、前記第１ステータ構造体及び前記第２ステータ構造体を減速させ、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの転頭を誘起するように構成されたブレーキシューをさらに含む、請求項２に記載のブレーキシステム。
【請求項４】
前記第１ステータ構造体と前記第２ステータ構造体とに同時に摩擦係合して、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの転頭を誘起するように構成されたブレーキパッドをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項５】
前記シャフトは、ビークルのホイールに接続された車軸であり、前記ホイールは、航空機の着陸及び離陸用に構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項６】
各ステータ構造体は、ショルダー部を有しており、隣接する前記転頭プレートは、前記ショルダー部との接触により、軸方向にアライメントされている、請求項１〜５のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項７】
前記第１転頭プレートの転頭によって生じる、前記中心軸に平行な力は、前記第２転頭プレートの転頭によって生じる力と釣り合う、請求項１〜６のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項８】
前記ロータ、前記第１及び第２転頭プレート、及び、前記第１及び第２ステータ構造体は、ベアリングによる支持無しで動く、請求項１〜７のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項９】
各転頭プレートは、内面サイド及び外面サイドを有しており、各転頭プレートは、前記内面サイドに設けられた歯と、前記外面サイドに設けられた歯とを有しており、前記内面サイドの前記歯は、前記外面サイドの前記歯より大きい、請求項１〜８のいずれかに記載のブレーキシステム。
【請求項１０】
ブレーキシステムにおいて回転エネルギーを消散させるための方法であって、
ロータに接続されたドライブシャフト、及び、前記ロータの両側に係合する一対の転頭プレートを用意し、各転頭プレートは、ステータ構造体に係合する外面サイドを有しており、
前記ドライブシャフト、ロータ、一対の転頭プレート、及び、ステータ構造体を、同じ回転速度で回転させ、
前記ステータ構造体の前記回転速度を下げることによって、前記一対の転頭プレートの転頭を誘起する、方法。
【請求項１１】
前記ドライブシャフトは、航空機のホイールに接続される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各ステータ構造体は、外面サイドを有し、前記誘起ステップは、各ステータ構造体の前記外面サイドにブレーキパッドを摩擦係合させることを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステータ構造体どうしは、中空のシリンダによって接続されており、前記誘起ステップは、前記中空のシリンダの内面にブレーキシューを摩擦係合させることを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘起ステップは、前記一対の転頭プレートのうちの一方による軸方向の力を、前記一対の転頭プレートのうちの他方による軸方向の力と釣り合わせることを含む、請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記一対の転頭する転頭プレートによって前記ロータを減速させることにより、前記ドライブシャフトを減速させることをさらに含む、請求項１０〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制動のためのシステム及び方法に関する。より具体的には、開示の実施例は、回転エネルギーを消散させるための転頭ギア機構を用いて回転体を減速させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキシステムは、多くの機械に不可欠である。ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦ブレーキが、一般的に用いられている。その名が示すとおり、摩擦ブレーキは、摩擦を利用して回転運動を減速させるものである。キャリパー、レバーアーム、又はその他の機構が、回転しているロータ又はドラムに、パッド又はシューを摩擦接触させ、回転の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する。パッド及びシューは、熱損傷や摩耗損傷により、寿命が短いことが多く、定期的な交換を必要としうる。
【０００３】
航空機では、ブレーキシステムに高性能が求められ、このようなブレーキシステムは、かなりのレベルの熱を発生させる。熱出力を抑制することは、安全性の向上、及び、部品の長寿命化を意味する。複数の冗長ブレーキシステムを用いて、航空機の安全性の向上を図ることもできる。しかしながら、航空機の設計においては、スペースと重量が重要視される。従って、より軽量且つコンパクトなブレーキシステムが非常に望ましい。
【０００４】
本開示は、さらに、転頭プレート（wobble plate）機構として一般に知られているタイプの転頭ギア機構に関する。従来、転頭プレート機構は、高トルク密度化の有望な手段と考えられている。転頭プレート機構では、例えばロータギアなどのギアが、例えばステータギアなどの別のギアに対して転頭する。意外なことに、以下の記載によってより理解されるように、転頭プレート機構も、コンパクトなブレーキを実現する手段を提供することができる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、ブレーキシステムに関するシステム、装置、及び方法を提供する。いくつかの実施例において、ブレーキシステムは、中心軸の周りを回転するように構成されたシャフトに回転接続されるロータを含みうる。ロータは、第２のサイドとは反対側の第１のサイドを有しており、ブレーキシステムは、ロータの第１のサイドに設けられた第１ステータ構造体、及び、ロータの第２のサイドに設けられた第２ステータ構造体を含みうる。ブレーキシステムは、ロータの第１のサイドと第１ステータ構造体との間の第１転頭プレート、及び、ロータの第２のサイドと第２ステータ構造体との間の第２転頭プレートをさらに含みうる。第１転頭プレート及び第２転頭プレートの各々は、第１ステータ構造体及び第２ステータ構造体がロータの回転速度に比べて回転速度を下げた際に、転頭するように構成することができる。
【０００６】
いくつかの実施例において、ブレーキシステムは、第１ステータギア、及び、第１ステータギアに堅固に接続された第２ステータギアを含みうる。第１ステータギアと第２ステータギアとの間には、ロータギアが配置されうる。第１転頭ギアが、第１ステータギア及びロータギアと係合し、第２転頭ギアが、第２ステータギア及びロータギアと係合しうる。ロータギアの回転により、第１転頭ギア、第２転頭ギア、第１ステータギア、及び、第２ステータギアが回転する。ロータギアに対して第１ステータギア及び第２ステータギアを減速させることにより、第１転頭ギア及び第２転頭ギアの転頭が誘起され、第１転頭ギア及び第２転頭ギアの転頭により、ロータギアが減速する。
【０００７】
いくつかの実施例において、ブレーキシステムにおいて回転エネルギーを消散させるための方法は、ロータに接続されたドライブシャフト、及び、ロータの両側に係合する一対の転頭プレートを用意することを含み、各転頭プレートは、ステータ構造体に係合する外面サイドを有する。当該方法は、ドライブシャフト、ロータ、一対の転頭プレート、及び、ステータ構造体を、同じ回転速度で回転させること、及び、ステータ構造体の回転速度を下げることによって、一対の転頭プレートの転頭を誘起することをさらに含みうる。
【０００８】
特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよく、さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の態様による例示的なブレーキモジュールの分解等角図である。
【図２】図１のブレーキモジュールの等角側面図である。
【図３】図２のブレーキモジュールの線３−３に沿う断面図である。
【図４】非ブレーキモードにおける、本明細書に記載の例示的なディスクブレーキシステムを含むホイールの概略図である。
【図５】ブレーキモードにおける、図４のホイールの概略図である。
【図６】非ブレーキモードにおける、本明細書に記載の例示的なハイブリッドディスクドラムブレーキシステムを含むホイールの概略図である。
【図７】ブレーキモードにおける、図６のホイールの概略図である。
【図８】本開示による、回転エネルギーを消失させるための例示的な方法のステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
デュアル転頭ギアを含むブレーキシステム、ならびに、これに関連する装置及び方法の様々な態様及び例を、以下に説明するとともに、関連図面に示す。別段の明記が無い限り、本開示によるブレーキシステム、及び／又は、その様々な部品は、本明細書に記載、図示、及び／又は、援用された構造、部品、機能、及び／又は変形例の少なくとも１つを含みうるが、必須ではない。また、具体的な除外の記載が無い限り、本開示に関連させて記載、図示、及び／又は援用されたプロセスのステップ、構造、部品、機能、及び／又は変形例は、他の同様の装置及び方法にも含めることができ、開示の実施例間で入れ替えることも可能である。以下の様々な実施例の説明は、単に例示的な性質のものであり、本開示やその適用例又は用途を、なんら限定することを意図するものではない。また、以下に説明する実施例によってもたらされる利点は、例示的な性質のものであり、すべての実施例が同じ効果や同程度の効果をもたらすとは限らない。
【００１１】
この詳細な説明は、すぐ下に続く以下のセクション、すなわち（１）概要、（２）実施例、部品、及び、代替例、（３）例示的な組み合わせ及び追加の実施例、（４）効果、特徴、及び利点、（５）結び、のセクションを含んでいる。「実施例、部品、及び、代替例」のセクションは、さらに、Ａ〜Ｄのサブセクションに分かれており、其々にラベルが付されている。
＜概要＞
【００１２】
概して、本開示によるブレーキシステムは、ロータ、一対の転頭ギア、及び、ステータ構造体を含んでいる。このようなブレーキシステムは、デュアルステータ及び／又はデュアル転頭ギアを有する転頭ブレーキシステム、及び／又は、エネルギー吸収部材と称することができる。ロータ、転頭ギア、及び、ステータ構造体は、転頭ブレーキモジュールと称することができる。
【００１３】
ロータは、第１のサイド及び第２のサイドに、歯を有しうる。ステータ構造体は、第１ステータギア及び第２ステータギアを含みうる。一対の転頭ギアのうちの第１ギアは、例えば、ロータの第１サイドと第１ステータギアとの間に挟まれて、これらと係合する。一対の転頭ギアのうちの第２ギアは、例えば、ロータの第２サイドと第２ステータギアとの間に挟まれて、これらと係合する。
【００１４】
ロータは、ホイール、車軸、又はドライブシャフトなどの回転体に、回転連結することができる。ロータは、堅固且つ移動可能に、且つ／若しくは、フレキシブルに、回転体に連結することができる。例えば、ロータの周縁が、フローティングディスクブレーキと同様に、ホイールに係止される。別の例として、ドライブシャフトを、ロータの中央開口部に挿通して、溶接することもできる。ロータは、回転体にトルク負荷がかかっている際に駆動され、トルクがかかっていない時は駆動されない。当該ブレーキシステムは、ロータの回転を減速させること、及び／又は、ロータの加速に抵抗することによって、回転体の減速させる、及び/又は、回転体の加速に抵抗することができる。
【００１５】
ステータ構造体は、中空のシリンダによって、互いに堅固に固定された、第１ステータギア及び第２ステータギアを含みうる。例えば、円筒形のスリーブが、各ステータギアの中央開口部に挿通され、固定される。別の例として、円筒形のスリーブは、各ステータギアの周囲を囲んで、周囲に固定される。ブレーキシステムは、ステータ構造体の回転を減速させるように構成されたブレーキ機構をさらに含みうる。例えば、ブレーキシステムは、ディスクブレーキパッド又はドラムブレーキシューのような摩擦ブレーキ機構を含みうる。
【００１６】
ブレーキシステムは、ブレーキモードと、非ブレーキモード又はブレーキ無しモードとを有する。ロータのブレーキ無しモードでは、転頭プレート及びステータ構造体は、回転体と共に回転することができる。ブレーキモードでは、ブレーキ機構が、ステータ構造体と係合することにより、ロータに対してステータ構造体を減速させることができる。ステータ構造体がロータに対して減速又は停止させられると、各ステータギア、これに対応する転頭ギア、及び、ロータの歯の相互作用により、一対の転頭プレートの転頭が誘起される。この転頭が、回転エネルギーを吸収し、転頭プレートの回転を減速させ、これが、ひいてはロータの回転を減速させる。
＜実施例、部品、及び、代替例＞
【００１７】
以下のセクションでは、例示的なブレーキシステムの選択された態様、ならびに、これに関連する装置及び／又は方法を説明する。これらのセクションにおける実施例は、例示を意図したものであり、本開示の範囲全体を限定するものと解釈されるべきではない。各セクションは、１つ又は複数の別個の実施例、及び／又は、背景的又は関連する情報、機能、及び／又は構造を含みうる。
Ａ．例示的なブレーキモジュール
【００１８】
図１〜図３に示すように、本セクションは、例示的なブレーキモジュール２０について説明する。ブレーキモジュール２０は、上述したデュアルステータ転頭ブレーキモジュールの一例である。図１は、ブレーキモジュール２０の分解図である。図２では、動作用に組み立てられた状態のブレーキモジュールが示されている。ブレーキモジュール２０は、ロータ２２、ステータ構造体２４、第１転頭プレート２６、及び、第２転頭プレート２８を含む。ステータ構造体は、中空の円筒形スリーブ３４によって堅固に接続された第１ステータ３０及び第２ステータ３２を含む。
【００１９】
ロータ２２、ステータ３０、３２、及び、転頭プレート２６、２８の各々は、環状であり、中央開口部を有している。組み立て状態では、スリーブ３４が、これらの中央開口部を通って延び、ブレーキモジュール２０の中心軸３６を規定する。第１転頭プレート２６は、ロータ２２の第１のサイド３８と第１ステータ３０との間に配置されている。第２転頭プレート２８は、ロータの第２のサイド３９と第２ステータ３２との間に配置されている。ロータ２２は、これら２つの転頭プレートの間に挟まれている。ひいては、ロータ及び転頭プレートは、２つの堅固に接続されたステータの間に挟まれている。
【００２０】
ロータ２２は、中心軸３６の周りを回転するように構成されており、この中心軸は、ブレーキモジュール２０の回転軸と称することもできる。ロータは、スリーブ３４と同心であるといえるし、スリーブと同軸であるということもできる。ロータは、ベアリング無しで、スリーブ３４の周りを回転する。ロータ２２は、スリーブに沿って、摺動又は浮上自在であり、以下に詳述するように、転頭プレート２６、２８によって、スリーブに対して中心合わせすることができる。いくつかの例において、ロータ２２は、図示しない外部の回転構造体への接続によって、懸架及び／又は支持することができる。そのような例では、ロータは、スリーブ３４に接触しないことがある。すなわち、ロータ２２の内面とスリーブ３４の外面との間に、隙間が維持されうる。
【００２１】
ロータ２２は、堅固に、移動可能に、及び／又は、任意の適当な態様で、外部の構造体に回転連結することができる。例えば、ロータの周縁部４０を、ホイールのリムにキー結合させたり、ドライブシャフトに堅固に固定したりすることができる。ロータ２２の回転によって、回転、回転エネルギー、及び／又はトルクが、ブレーキモジュール２０に入力される。ブレーキモジュール２０は、ロータを減速させることによって、このような回転を制動し、回転エネルギーを消散させる。
【００２２】
ステータ構造体２４も、中心軸３６の周りを回転するように構成されている。第１ステータ３０、第２ステータ３２、及び、スリーブ３４は、共に回転し、同軸であるといえる。スリーブ３４は、各ステータの中央開口部に挿入され、その内面に固定されている。スリーブは、例えば、各ステータの遠位面４２と面一である。ステータ構造体２４も、ロータ２２と同軸であるといえる。
【００２３】
ステータ構造体２４は、図示しないブレーキパッドと相互作用するように構成することができる。本実施例において、第１ステータ３０及び第２ステータ３２の各々の遠位面４２は、平面である。ブレーキパッドを遠位面４２に押し付けて、ディスクブレーキと同様に、ステータ構造体２４の回転を減速及び停止させることができる。別の例として、ブレーキシューが、ドラムブレーキと同様に、スリーブ３４の内面４４と係合したり、クラスプブレーキ（clasp brake）と同様に、各ステータ３０、３２の周縁部と係合したりすることができる。
【００２４】
ステータ構造体２４の各ステータ３０、３２は、図１及び図３に示すように、ショルダー部３５を含む。ショルダー部は、ステータから中心軸３６に平行に延びており、中心軸３６に沿う方向においてステータ３０の遠位面４２に対向する近位面５４の、径方向内方に設けられている。ショルダー部は、ロータ２２に向かって延びているということもできる。各ショルダー部３５は、ステータ３０、３２の中央開口部の一部を規定しており、スリーブ３４に固定されている。各ショルダー部３５の内面は、例えば、円筒形、及び／又は、スリーブ３４と相補的な形状である。各ショルダー部３５の外面３７は、例えば、近位面５４に近接する最も厚い箇所から、ショルダー部のエッジに位置する最も薄い箇所まで、径方向内方に傾斜及び／又は湾曲している。
【００２５】
第１転頭プレート２６及び第２転頭プレート２８はの各々は、中心転頭軸４６を有する。各転頭プレートは、ロータ２２及びステータ構造体２４に対して、傾斜している。各転頭軸４６は、ゼロ以外の転頭角度４８を成しているということができる。各転頭プレートの転頭角度４８は、同じでありうるが、これらの転頭角度は、異なる平面内にあってよい。すなわち、各転頭軸４６は、中心軸３６に対して同じ角度を形成しうるが、第１転頭プレート２６の転頭軸４６は、中心軸と共に第１平面を形成する一方、第２転頭プレート２８の転頭軸４６は、中心軸と共に第２平面を形成しうる。第１平面と第２平面とは、同じであってもよいし、直交してもよい。
【００２６】
第１転頭プレート２６及び第２転頭プレート２８の各々は、中心軸３６の周りを回転するとともに、転頭軸４６が中心軸の周りを章動するように、転頭する構成とされている。転頭プレート２６、２８は、其々、ロータ２２と共に回転するとともに、対応するステータ３０、３２に対して転頭することができる。ステータ構造体２４が回転自在である時、転頭プレートは転頭せず、転頭プレート、ロータ、及びステータ構造体が、すべて一緒に回転することができる。ステータ構造体２４が、ロータ２２に対して減速又は停止させられる際は、転頭プレートの転頭が誘起される。この転頭により、エネルギーが消散され、転頭プレートの回転が減速され、ひいては、ロータが減速される。
【００２７】
転頭プレート２６及び２８は、ロータ２２への最接近点を有するということができる。すなわち、いかなる時点においても、各転頭プレートの外周上の一点が、ロータに最接近している。転頭プレートが転頭するにつれて、この点が移動する。いかなる時点においても、第１転頭プレート２６の最接近点が、第２転頭プレート２８の最接近点と同期していてもよいし、９０度、１８０度、又は２７０度、位相がずれていてもよい。転頭プレートが転頭する際、第１転頭プレート２６の最接近点は、第２転頭プレート２８の最接近点に対して、同じ位相ずれを維持しうる。
【００２８】
図３のブレーキモジュール２０の断面図に示すように、各転頭プレート２６、２８は、スリーブ３４から離間している。各転頭プレートは、対応するステータ３０、３２のショルダー部３５の周りを、ベアリング無しで回転する。すなわち、第１ステータ３０のショルダー部３５が、第１転頭プレート２６を支持するとともに軸方向にアライメントし、第２ステータ３２のショルダー部３５が、第２転頭プレート２８を支持するとともに軸方向にアライメントする。
【００２９】
各ステータ３０、３２のショルダー部３５の外面３７は、各転頭プレート２６、２８の内面５９と相補的な形状とされている。これらの外面３７及び内面５９は、いずれも湾曲しており、真の円筒形からは外れている。面３７、５９の湾曲は、各転頭プレート２６、２８を選択された転頭角度にアライメントするととともに、当該角度でのスムーズな回転を実現するように、選択することができる。
【００３０】
図３に示すように組み立てた状態では、ブレーキモジュール２０は、スリーブ３４の内面４４によって規定される内径Ｄ１と、ステータ３０、３２、転頭プレート２６、２８、及びロータ２２によって規定される外径Ｄ２とを有し、全体として円筒形を有する。この形状を形成するため、ステータ、転頭プレート、及び、ロータは、ほぼ等しい外径を有している。
【００３１】
ステータ３０、３２及びロータ２２の各々は、スリーブ３４の外径とほぼ等しい内径Ｄ３を有している。転頭プレート２６、２８は、径Ｄ２よりも小さく、且つ、ステータ３０、３２のショルダー部３５の外径とほぼ等しい内径Ｄ４を有している。本実施例では、径Ｄ４は、軸方向に変化する。すなわち、ショルダー部３５の各々は、転頭プレート２６、２８の転頭角を見込んで、遠位端から近位端に向かって傾斜している。
【００３２】
ブレーキモジュール２０は、偏移力を排除し、転頭プレート２６、２８のバランスをとるように設計されている。ブレーキモジュールが作動した場合、相補的な円錐台形状により、転頭プレートがアライメント状態に戻る。より具体的には、ロータ２２の第１サイド３８及び第２サイド３９は、其々、円錐台形である。すなわち、各サイドは、中心軸３６に垂直な平面に対して傾斜しており、各サイドの面上のあらゆる点が、円錐台線上にあり、当該円錐台線は、延長すると、中心軸上において、ロータから離れた位置にある頂点に到達するものである。ロータ２２がブレーキモジュール２０内で第１転頭プレート２６及び第２転頭プレート２８と組付けられた状態では、例えば、第１サイド３８の円錐台頂点は、第１転頭プレート２６の重心に近接した位置にあり、第２サイド３９の円錐台頂点は、第２転頭プレート２８の重心に近接した位置にある。
【００３３】
ステータ３０及び３２の各々の近位面５４も、円錐台形である。すなわち、当該面は、中心軸３６に垂直な平面に対して傾斜しており、その面上のあらゆる点が、円錐台線上にあり、当該円錐台線は、延長すると、中心軸上において、ステータに近い位置にある頂点に到達するものである。第１ステータ３０がブレーキモジュール２０内で第１転頭プレート２６と組付けられた状態では、例えば、近位面５４の円錐台頂点は、第１転頭プレートの重心に近接した位置にある。同様に、第２ステータ３２がブレーキモジュール２０内で第２転頭プレート２８と組付けられた状態では、例えば、近位面５４の円錐台頂点は、第２転頭プレートの重心に近接した位置にある。
【００３４】
転頭プレート２６及び２８の各々は、近位面５８、及び、これとは反対の遠位面６０を有する。各面は、円錐台形である。すなわち、近位面５８及び遠位面６０の各々は、転頭軸４６に垂直な平面に対して傾斜しており、その面上のあらゆる点は円錐台線上にあり、当該円錐台線は、延長すると、転頭軸上において、転頭プレートの重心に近接する位置にある円錐台頂点に到達するものである。
【００３５】
転頭プレート２６、２８、ステータ３０、３２及びロータ２２の各々は、歯を有しており、ギアと呼ぶこともできる。ロータ２２は、第１サイド３８及び第２サイド３９の各々に設けられた複数のロータ歯、すなわち一組のロータ歯５０を含む。第１サイド３８のロータ歯５０の数は、例えば、第２サイド３９のロータ歯５０の数と等しい。この数は、任意の適当な数であってよい。図示の例では、各サイドに１６個のロータ歯がある。ロータ歯の数は、各歯が所望の幅を有するように選択することができる。すなわち、歯の数は、ロータ２２の半径に応じて、歯の角度幅が所望の歯のサイズに一致するように、選択することができる。幅の広い歯は、ブレーキ状態でかかる高トルク負荷に対して十分な強度をもたらす。
【００３６】
各ロータ歯は、例えば２つの係合面を含んでおり、各係合面は、平面状であってもよいし、２つ以上の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ又は複数の面で構成されていてもよい。ロータ歯５０の係合面の一方又は両方は、例えば、円と楕円との複合インボリュート曲線（compound involute of a circle and an ellipse）によって規定されている。あるいは、当該曲線は、０ラジアンと２πラジアンの間のすべての角度における、歯の位置への仮想楕円の射影であってもよい。各ロータ歯は、ロータ２２から中心軸３６に沿う方向に突出している。
【００３７】
第１ステータ３０と第２ステータ３２とは、同じものであるが、配向が逆である。第１ステータ３０を説明することにより、第２ステータ３２も同じく説明したことになると理解されよう。ステータ３０は、近位面５４に設けられた複数のステータ歯、すなわち一組のステータ歯５２を含む。ステータ歯５２は、ロータ２２に向かって、中心軸３６に平行に突出している。ステータ歯５２の数は、任意の適当な数であってよい。図示の例では、９０個のステータ歯が設けられている。ステータ歯の数は、ステータ歯の形状と併せて、ステータと転頭プレートとの間で有効な係合が実現されるように、選択することができる。
【００３８】
各ステータ歯は、２つの係合面を含む。各係合面は、平面状であってもよいし、２つ以上の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ又は複数の面で構成されていてもよい。図示の例では、ステータ歯５２は、楔形であるということができる。各ステータ歯は、近位面５４及びショルダー部３５の両方に対して定着されているか、且つ／若しくは、これらの両方から延出している。
【００３９】
第１転頭プレート２６と第２転頭プレート２８も、同じものであるが、ブレーキモジュール２０に組付けられた際に、配向が逆になる。第１転頭プレート２６を説明することにより、第２転頭プレート２８も同じく説明したことになると理解されよう。第１ステータ３０との相互作用に対する説明は、第２転頭プレート２８に対する第２ステータ３２にも当てはまることが理解されよう。
【００４０】
転頭プレート２６の遠位面６０には、複数の面歯、すなわち一組の面歯６４が設けられている。これらの面歯は、ステータ３０のステータ歯５２と係合するように構成されている。面歯６４は、遠位面６０から、転頭軸４６に沿う軸方向に突出している。面歯６４の数は、任意の適当な数であってよい。図示の例では、９０個の面歯が設けられている。面歯の数は、例えば、１：１のギア比を実現できるように、ステータ歯５２の数と一致するよう選択される。いくつかの例において、面歯の数は、他の所望のギア比を実現できるように選択してもよい。例えば、ブレーキ機構を係合しやすくするためにステータの回転速度を下げるには、別のギア比が望ましい場合がある。そのような場合は、面歯６４の数を、ステータ歯５２の数よりも、多くしたり少なくしたりすればよい。
【００４１】
各面歯は、例えば２つの係合面を含んでおり、係合面は、平面状であってもよいし、２つ以上の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ又は複数の面で構成されていてもよい。本実施例では、面歯６４は、ステータ歯５２と相補的な形状とされており、楔形であるということができる。
【００４２】
転頭プレート２６は、近位面５８に設けられた複数の転頭歯、すなわち一組の転頭歯６２をさらに含む。これらの転頭歯は、ロータ２２のロータ歯５０と係合するように構成されている。転頭歯６２は、近位面５８から、転頭軸４６に沿う軸方向に突出している。転頭歯６２の数は、任意の適当な数であってよい。図示の例では、１５個の転頭歯が設けられている。転頭歯の数は、例えば、１つ又はこれと近い小さい数だけ、ロータ歯５０の数と異なるように選択される。歯の数の違いが小さいことにより、高いトルク密度が得られ、以下にさらに説明するように、転頭プレートの転頭回数に対する回転数の比率を増すことができる。
【００４３】
各転頭歯６２は、第１係合面と、当該歯の反対側の第２係合面とを含む。各面は、平面状であってもよいし、２つ以上の平面で構成されていてもよいし、曲率を有する１つ又は複数の面で構成されていてもよい。転頭歯６２の係合面の一方又は両方は、例えば、以下に概要を説明するように、円と楕円との複合インボリュート曲線によって規定されている。あるいは、当該曲線は、０ラジアンと２πラジアンの間のすべての角度における、歯の位置への仮想楕円の射影であってもよい。
【００４４】
転頭プレート２６及びロータ２２は、其々、実質的に円形であり、転頭プレートのロータへの射影は、楕円形である。複数の転頭歯６２及びロータ歯５０は、この仮想楕円を歯の位置に投影することによって、輪郭付けすることができる。ロータ２２に対する転頭プレート２６の楕円射影は、これにより、非偏心回転に制限される。偏心運動が起こると、大きな不均衡力が発生し、システムのパフォーマンスが容認できないレベルになるおそれがある。
【００４５】
複数の転頭歯６２及びロータ歯５０の双方の各々において、第１係合面及び第２係合面の一方又は両方は、例えば、円と楕円との複合インボリュート曲線によって規定されている。すなわち、第１係合面及び第２係合面の各々の湾曲は、次の式によって定義することができる。
【数１】
2020173023.tif 000003
ここで、Ｃは、転頭プレートの半径に比例する定数であり、φは０〜π／２ラジアンの値をとり、Ｄは、１未満の正の定数である。Ｄの値は、例えば約０．６５である。ただし、他の値も可能である。同式は、１又はロータの半径に正規化してもよい。
【００４６】
第１係合面の曲線は、例えば、歯の頂点を通るとともに回転軸を含む平面を中心に反転させた、第２係合面の曲線の鏡像である。また、第１係合面と第２係合面とは、各歯の頂点で滑らかに繋がっていてよい。従って、歯の断面は、円と楕円との複合インボリュート曲線によって規定されうる。
【００４７】
第１転頭プレート２６は、ロータ２２及び第１ステータ３０の両方と係合し、これらの各々と部分的に噛み合う。同様に、第２転頭プレート２８は、ロータ２２及び第２ステータ３２の両方と係合し、これらの各々と部分的に噛み合う。これにより、ロータ２２が回転すると、転頭プレート２６、２８が回転し、ひいてはステータ３０、３２が回転する。ステータ３０、３２がブレーキ作用により減速されると、転頭プレートが転頭させられ、これによってロータ２２が減速される。
【００４８】
各転頭プレートとロータ２２との係合は、例えば、転頭歯６２の一部とロータ歯５０の一部との間で起こる。ロータが所与の方向に回転する際には、１つのロータ歯の一方の係合面が、１つの転頭歯の一方の係合面と接触しうる。すなわち、複数のロータ歯の係合面と複数の転頭歯の係合面との相互作用により、ロータによって、転頭プレートに接触力が付与される。これらの接触力が、転頭プレートを、同じ所与の回転方向に回転させる。
【００４９】
各転頭プレートと、対応するステータとの係合は、例えば、面歯６４の一部とステータ歯５２の一部との間で起こる。転頭ギアが所与の回転方向に回転する際には、１つの面歯の一方の係合面が、１つのステータ歯の一方の係合面と接触しうる。すなわち、複数の面歯の係合面と複数のステータ歯の係合面との相互作用により、転頭プレートによって、ステータに接触力が付与される。
【００５０】
ステータ構造体２４にブレーキ作用がかかっていない場合、ステータ３０、３２は回転自在である。転頭プレート２６、２８の面歯６４とステータ歯５２との接触力により、ステータ３０、３２が、上記所与の回転方向に回転する。本実施例では、各転頭プレートが９０個の面歯を有しており、各ステータも、９０個のステータ歯を有する。すなわち、各ステータと、対応する転頭プレートとは、１：１のギア比で、相互作用及び回転する。転頭プレートが完全に一回転するたびに、ステータも、正確に、完全に一回転する。ステータ歯及び面歯の数については、他の選択肢も可能であり、その場合は、異なるギア比となるであろう。
【００５１】
ステータ構造体２４にブレーキ作用がかかった場合、ステータ３０、３２の回転は、ロータ２２に対して減速されるか、停止される。すると、面歯６４とステータ歯５２との接触力により、転頭プレート２２６、２８が、転頭する。
【００５２】
ブレーキモジュール２０の例では、ロータ２２は、１６個のロータ歯を有しており、各転頭プレート２６、２８は、１５個の転頭歯を有している。各転頭プレートが転頭する際には、各転頭歯６２が、例えば、１回の転頭中に、複数のロータ歯５０のうちの１つの歯と係合する。ロータ歯が転頭歯よりも１つ多いため、転頭プレートは、１回の転頭中に、わずかに回転する。本実施例では、転頭プレートは、１回の転頭中に、完全な一回転の１／１６だけ回転する。換言すれば、転頭プレートが、おそらくはロータとの相互作用により、完全な一回転の１／１６回転する際には、当該転頭プレートは、完全に１回転頭している。従って、転頭プレートとロータとは、１６：１のギア比で相互作用する。転頭プレートは、１６回転頭するたびに、正確に１回転する。ロータ歯及び転頭歯の数については、他の選択肢も可能であり、その場合は、異なるギア比となるであろう。ブレーキモジュール２０のバランスをとるためには、両方の転頭プレートについて、同じギア比を選択すればよい。
【００５３】
当該ブレーキモジュールは、転頭プレートについて回転慣性系を形成するオイラー方程式によって支配される機械拘束システムとして理解することができる。オイラーのｚ軸の方程式を考える。
【数２】
2020173023.tif 000004
ここで、Ｔはトルクであり、Ｉは慣性モーメントであり、ωは角速度である。この式は、トルクの方向に応じて、軸が反対に回転することを示している。トルク、又は、運動エネルギーがシステムに入力され、反対の回転として受容されうる。正味の運動量は保存されず、すべての入力エネルギーは、転頭プレートの運動量ベクトルを変更することに使用されうる。
【００５４】
前述したように、転頭歯６２及びロータ歯５０は、転頭プレート２６、２８の運動に機械的拘束を与えるように構成することができる。このような機械的拘束下における、入力回転トルク、転頭プレートのうちの１つの運動エネルギー、及び、ロータ２２の回転ひずみトルクは、次のように表される。
【数３】
2020173023.tif 000005
ここで、θは、転頭軸４６と中心軸３６との間の角度であり、ＴZは、ロータ２２の回転によるトルク入力である。
【００５５】
さらに２つの要素が影響しうる。トルク比と摩擦である。トルク比は、各転頭プレートが、４θの転頭ごとに、１つの転頭歯６２の分だけ、回転もしなければならないというオイラー要件により得られる。ギア比で表される回転増分、すなわち１つの転頭歯の角度幅で、転頭を除することによって、ギア比をトルク比に変換することができる。当該システムのトルク比は、次のように書くことができる。
【数４】
2020173023.tif 000006
ここで、ＧＲは、ロータ２２と転頭プレート２６、２８とのギア比である。
【００５６】
摩擦は、速度との線形関係により、転頭プレートの角速度に比例する。当該システムの支配方程式は、次のように書くことができる。
【数５】
2020173023.tif 000007
ここで、μは、転頭歯６２とロータ歯５０との適当な摩擦係数である。
【００５７】
ブレーキモジュールシステムは、転頭プレートをロータに射影することによって形成される仮装楕円の観点から考慮することができる。各転頭プレートとロータとは、概して、１つの接触点を有しうる。仮想楕円のエッジは、３次元において、楕円状に相互作用する転頭プレートとロータとの、連続する接触線を形成する。仮想楕円の形状は、転頭軸４６と中心軸３６との間の角度の４倍を包含する転頭プレートの転頭下で、不変でありうる。オイラーによって定義される、接触線の回転フレームのみが、転頭が起こるにつれて進む。接触線上の各点は、幾何学的に歪んだ複合的インボリュート関数に当てはまり、当該関数は、回転と転頭の両方において対称であり、仮想楕円との連続的なエネルギー移動を実現する。
【００５８】
慣性系が回転する際、仮想楕円は静的であり、接触線上のすべての点が、一定の角速度で、それら自体の平面内で回転する。転頭プレートの径方向のエッジ上の一点は、転頭中に見た場合、絶えず速度が変化する垂直運動を示す。この速度変化は、転頭プレートの慣性の一定の加速を必要とし、システムに対する運動エネルギー入力を吸収する。
【００５９】
このような運動エネルギーの吸収により、ブレーキモジュール２０のブレーキ力は、ロータの角速度の二乗に比例しうる。実際には、第１転頭プレート２６及び第２転頭プレート２８の各々が同様にエネルギーを吸収しうるので、ブレーキ力は、角速度の二乗の二倍に比例しうる。従って、ブレーキモジュール２０は、高速であるほど、より大きいブレーキ力を有し、ロータ２２の角速度がゼロに近づくにつれて、ブレーキ力が小さくなる。
【００６０】
ロータ２２が静止している時、ブレーキモジュール２０は、ブレーキ力を有しない。すなわち、ブレーキモジュールは、静止状態のロータを保持しない。しかしながら、ステータ構造体２４が静止状態に保持されると、ブレーキモジュール２０は、ロータの角速度の増加に対抗または抵抗し、角速度が増加するにつれて出力を増加させる。従って、ブレーキモジュール２０は、ブレーキがかかったホイールの滑りを起こさせない。ホイールの角速度がゼロに達するか、あるいは回転を停止すると、ブレーキモジュールは、ブレーキ力を付与しない。ただし、ブレーキシステムを静止状態に保つために、ブレーキモジュール２０を、パーキングブレーキなどの別のブレーキ機構と組み合わせて用いることは、有益であろう。
【００６１】
上述したような転頭プレート２６、２８の転頭は、軸方向の力を及ぼす。すなわち、ロータ２２とステータ３０、３２とを分離させようとするような、中心軸３６に平行な力が生じる。しかしながら、２つの転頭プレートを含むため、ブレーキモジュール２０におけるこのような軸方向の力は、均衡が保たれる。第１転頭プレート２６によってロータ２２に付与される力は、第２転頭プレート２８によってロータに付与される力によって、バランスがとられる。従って、ロータ２２を、２つの転頭プレートの間で、スリーブ３４に沿う方向における中央に位置させることができる。
【００６２】
同様に、第１転頭プレート２６によってステータ構造体２４の第１ステータ３０に付与される軸方向の力は、第２転頭プレート２８によってステータ構造体２４の第２ステータ３２に付与される力によって、バランスがとられる。従って、ステータ構造体２４は、中心軸３６に沿ういずれの方向にも、正味の軸方向の力を受けない。このようにバランスのとれた力によって、ブレーキモジュール２０をスラストベアリング無しで取り付けることができる。
Ｂ．例示的なディスクブレーキシステム
【００６３】
図４〜図５に示すように、本セクションは、例示的なブレーキシステム１００について説明する。ブレーキシステム１００は、上述した転頭ブレーキシステムの一例である。ブレーキシステムは、ホイール１０２に取り付けられたブレーキモジュール１２０を含む。ブレーキモジュール１２０の多くの部品は、ブレーキモジュール２０と同じか、あるいは類似しているため、類似する数字を付している。
【００６４】
ブレーキモジュール１２０は、ロータ１２２及びステータ構造体１２４を含む。第１転頭プレート１２６が、ロータ１２２の第１のサイドと、ステータ構造体１２４の第１ステータ１３０との間に配置されている。第２転頭プレート１２８が、ロータ１２２の第２のサイドと、ステータ構造体１２４の第２ステータ１３２との間に配置されている。各ステータ１３０、１３２は、ロータ１２２から遠位側に、平面１４２を含んでいる。ロータ、転頭プレート、及び、ステータの各々は、ブレーキモジュール２０について上述したように、歯付きである。ステータ構造体１２４は、中空の円筒形スリーブ１３４をさらに含む。円筒形スリーブは、ブレーキモジュール１２０の中央開口１３３を規定している。ブレーキモジュールは、車軸１０４が中央開口１３３に挿通された状態で、ホイール１０２に取り付けられている。
【００６５】
ロータ１２２は、ホイール１０２にキー結合されている。すなわち、ロータ１２２は、ロータの周縁部から延びる突起１２３を含んでいる。突起は、ホイールのリムに設けられた対応するスロット１０５に延入している。ホイール１０２が回転すると、スロット１０５が突起１２３と係合し、ロータ１２２をホイールと共に回転させる。ただし、ロータ１２２及びブレーキモジュール１２０は、車軸１０４に平行に、及び／又は、スロット１０５の長軸に沿って、軸方向に移動自在である。ロータ１２２及び／又はブレーキモジュール１２０は、浮動状態にあるといえるし、摺動可能にホイール１０２に連結されているということもできる。本実施例では、ロータ１２２は、フローティングディスクブレーキのロータと同様に取り付けられている。いくつかの例では、ロータ１２２は、ブレーキ設計分野において既知である他の機構及び／又は技術によって、取り付けることもできる。
【００６６】
ホイール１０２には、一対のブレーキパッド１０８、１０９を含む油圧キャリパーアセンブリ１０６も、取り付けられている。キャリパーアセンブリ１０６は、車軸１０４に取り付けられるとともに、ブレーキモジュール１２０の中央開口１３３に挿通されている。ブレーキパッド１０９は、ホイール１０２に相対して固定されている一方、ブレーキパッド１０８は、キャリパーアセンブリ１０６の油圧作用によって、車軸１０４に沿って移動可能である。ブレーキパッドは、ステータ構造体１２４の両側に配置されており、固定ブレーキパッド１０９が第２ステータ１３２に隣接し、可動ブレーキパッド１０８が第１ステータ１３０に隣接して、配置されている。
【００６７】
ブレーキシステム１００は、ディスク式ブレーキと称することができ、ブレーキモジュール１２０は、ディスクブレーキのディスクと同様に、キャリパーアセンブリ１０６と係合することができる。いくつかの例では、ブレーキモジュール１２０を、ディスクブレーキに代えて用いることができる。ディスクブレーキで使用するように構成されたキャリパーアセンブリ及び／又はホイールを、ブレーキシステム１００で使用できるように適合化及び／又は改造することができる。
【００６８】
ブレーキシステム１００は、ブレーキモードと、非ブレーキモード又はフリーモードとを有する。図４は、非ブレーキモードにおけるブレーキシステムを示している。ロータ１２２は、スロット１０５内で概ね中央に配置されており、ブレーキモジュール１２０は、キャリパーアセンブリ１０６から離間している。すなわち、第１ステータ１３０の遠位面１４２は、ブレーキパッド１０８から離間しており、第２ステータ１３２の遠位面１４２は、ブレーキパッド１０９から離間している。このモードでは、ロータ１２２は、ホイール１０２と共に回転する。転頭プレート１２６、１２８及びステータ構造体１２４も、ロータ及びホイールと共に回転自在である。
【００６９】
図５は、ブレーキモードにおけるブレーキシステム１００を示している。非ブレーキモードからブレーキモードに変更するためには、キャリパーアセンブリ１０６の油圧作用によって、ブレーキパッド１０８が、車軸１０４に沿って移動して、第１ステータ１３０の遠位面１４２と接触する。ブレーキモジュール１２０は、突起１２３をスロット１０５内で移動させつつ、第２ステータ１３２の遠位面１４２がブレーキパッド１０９に接触するまで、車軸１０４に沿って移動させられる。
【００７０】
ブレーキモードでは、ブレーキパッド１０８、１０９と第１ステータ及び第２ステータ１３０、１３２との摩擦接触によって、ステータ構造体１２４が減速及び／又は停止させられる。ロータ１２２は、ホイール１０２と共に回転する。ロータとステータとの回転速度の違いによって、転頭プレート１２６、１２８の転頭が誘起される。この転頭が、回転エネルギーを吸収し、これが、転頭プレート１２６、１２８を減速させ、ひいては、ロータ１２２及びホイール１０２を減速させる。
【００７１】
ある種の条件下では、ブレーキパッド１０８、１０９とステータ１３０、１３２との間で、トラクションが失われる場合がある。例えば、車軸１０４に付与されるトルクが、ブレーキパッドによってステータに付与される力、ブレーキパッド及びステータ構造体の材料に固有の摩擦係数、及び、ホイールの回転軸からブレーキパッドとステータとの接触点までの距離の積を超える場合、すべりが発生しうる。このような状況では、ブレーキモジュール１２０は、トルク負荷を解放する。すなわち、ステータ１３０、１３２の回転は、抑制することができるが、阻止されない。車軸１０４の回転エネルギーの一部が、転頭プレートの転頭によって消散される一方、残りの回転エネルギーは、ステータに伝達されうる。
Ｃ．例示的なハイブリッドブレーキシステム
【００７２】
図６〜図７に示すように、本セクションは、例示的なブレーキシステム２００について説明する。ブレーキシステム２００は、上述した転頭ブレーキシステムの一例である。ブレーキシステムは、ホイール２０２に取り付けられたブレーキモジュール２２０を含む。ブレーキシステム２００の多くの部品は、ブレーキシステム１００と同じか、あるいは類似しているため、類似の数字を付している。
【００７３】
ブレーキモジュール２２０は、ロータ２２２及びステータ構造体２２４を含む。第１転頭プレート２２６が、ロータ２２２の第１のサイドと、ステータ構造体２２４の第１ステータ２３０との間に配置されている。第２転頭プレート２２８が、ロータ２２２の第２のサイドと、ステータ構造体２２４の第２ステータ２３２との間に配置されている。ロータ、転頭プレート、及び、ステータの各々は、ブレーキモジュール２０について上述したように、歯付きである。ステータ構造体２２４は、中空の円筒形スリーブ２３４をさらに含む。円筒形スリーブは、ブレーキモジュール２２０の中央開口２３３を規定している。ブレーキモジュールは、車軸２０４が中央開口２３３に挿通された状態で、ホイール２０２に取り付けられている。
【００７４】
ロータ２２２は、ロータの周縁部がホイールに堅固に固定された状態で、ホイール２０２内に懸架されている。これにより、ホイール２０２とロータ２２２とは、共に回転する。ブレーキシュー２０６が、ブレーキモジュール２２０の中央開口２３３内で、車軸２０４に取り付けられている。ブレーキシューは、油圧作動のもの、カム作動のもの、あるいは、任意の適当な作動機構を含むものであってよい。シューのブレーキライニング２０８は、円筒形スリーブ２３４の内面２４４と係合するように構成されている。
【００７５】
ブレーキシステム２００は、ディスクブレーキ２７０をさらに含む。ディスクブレーキは、補助ブレーキ及び／又はパーキングブレーキとして機能し、ホイール２０２の静止時に保持力を与えるためのものである。本実施例では、ディスクブレーキ２７０は、ホイール２０２にキー結合された単一のフローティングディスク２７２と、ブレーキパッド２７６を有する油圧キャリパーアセンブリ２７４とを含む。ブレーキシステム２００は、任意の有効な補助ブレーキを含んでもよく、その例としては、限定するものではないが、固定ディスクブレーキ、ドラムブレーキ、マルチディスクブレーキ、及び／又は、エキスパンダーチューブブレーキ（expander tube brake）がある。
【００７６】
ブレーキシステム２００は、ドラム式ブレーキ、または、ハイブリッドディスクドラムブレーキと称することができ、ブレーキモジュール２２０は、ドラムブレーキのドラムと同様に、ブレーキシュー２０６と係合しうる。いくつかの例では、ブレーキモジュール２２０を、ドラムブレーキに代えて用いることができる。ドラムブレーキで使用するように構成されたブレーキシュー及び／又はホイールを、ブレーキシステム２００で使用できるように適合化及び／又は改造することができる。
【００７７】
本実施例では、ディスクブレーキ２７０とブレーキモジュール２２０とは、独立して動作するように構成されている。すなわち、ディスクブレーキ及びブレーキモジュールの各々が、ブレーキモードと非ブレーキモードとを有しており、独立してこれらのモードを変更することができる。キャリパーアセンブリ２７４とブレーキシュー２０６とは、非回転構造体に対して固定しやすいように、構造的に連結されているが、独立した油圧によって作動する。いくつかの例では、ディスクブレーキ２７０とブレーキモジュール２２０とを、機能的に連結してもよい。例えば、キャリパーアセンブリ２７４とブレーキシュー２０６とを、単一の油圧システムによって作動させてもよい。
【００７８】
図６は、非ブレーキモードにおけるブレーキモジュール２２０及びディスクブレーキ２７０の両方を示している。ブレーキモジュール２２０において、ブレーキシュー２０６のライニング２０８は、円筒形スリーブ２３４の内面２４４から離間している。ブレーキモジュールの非ブレーキモードでは、転頭プレート２２６、２２８及びステータ構造体２２４が、ロータ２２２及びホイール２０２と共に回転自在である。
【００７９】
図７は、ブレーキモードにおけるブレーキモジュール２２０及びディスクブレーキ２７０の両方を示している。図６に示したフリーモードから変更するためには、まず、ブレーキモジュール２２０をブレーキモードにする。ホイール２０２が十分に減速したら、ディスクブレーキ２７０をブレーキモードにして、ホイールを完全に停止させ、ホイールを静止状態に保持する。ブレーキモジュール２２０がブレーキモードに変更された際は、ブレーキシュー２０６は、広がって、円筒形スリーブ２３４の内面２４４にライニング２０８を接触させる。
【００８０】
ブレーキモジュールのブレーキモードでは、ライニング２０８と内面２４４との摩擦接触によって、ステータ構造体２２４が減速及び／又は停止させられる。ロータ２２２は、ホイール２０２と共に回転する。ロータとステータとの回転速度の違いによって、転頭プレート２２６、２２８の転頭が誘起される。この転頭が、回転エネルギーを吸収し、これが、転頭プレート２２６、２２８を減速させ、ひいては、ロータ２２２及びホイール２０２を減速させる。
Ｄ．例示的なホイールのブレーキ方法
【００８１】
本セクションは、ブレーキシステムによって回転エネルギーを消散させるための例示的な方法３００の各ステップについて説明する。図８を参照のこと。以下に記載する方法のステップにおいて、上述したブレーキシステムの態様を用いることができる。適切な場合は、各ステップを実行するために用いられうる部品及びシステムについて、言及する。ただし、そのような言及は例示のためであり、当該方法の特定のステップの可能な実行方法を限定することを意図するものではない。
【００８２】
図８は、例示的な方法において行われるステップを示すフローチャートであり、必ずしも当該方法の完全なプロセス又はすべてのステップを記載したものではない。方法３００の様々なステップを以下に説明するとともに図８に示すが、これらのステップは、必ずしもすべてを行う必要はなく、また、場合によっては、同時に行ってもよいし、ここに示した順序とは異なる順序で行ってもよい。
【００８３】
ステップ３１０において、当該方法は、ドライブシャフトをブレーキモジュールに接続することを含む。ブレーキモジュールは、直接的及び／又は間接的に、ドライブシャフトに回転接続することができる。例えば、ブレーキモジュールのロータを、１つ又は複数のスポークによって、ドライブシャフトに堅固に固定してもよい。別の例として、ブレーキモジュールを、ドライブシャフトによって駆動されるホイールの車軸に接続してもよいし、ホイールにキー結合させてもよいし、これに加えて又は代えて、スプライン結合にてホイールに接続してもよい。ドライブシャフトは、航空機、車、列車などのビークルに含まれるものであってもよいし、発電機や製造設備などの他の機械のエンジンに含まれるものであってもよい。いくつかの例において、ステップ３１０は、制動が所望される他の回転体にブレーキモジュールを接続することを含みうる。
【００８４】
当該方法のステップ３１２は、ドライブシャフトを回転させることを含む。ドライブシャフトは、任意の効果的な手段によって回転させることができ、その例には、限定するものではないが、燃焼エンジン、電気モータ、空気圧モータ、及び／又は、別の回転体との接続がある。ステップ３１４は、ブレーキモジュールを回転させることを含み、これは、ステップ３１０で行われたドライブシャフトとブレーキモジュールとの接続によって実現することができる。
【００８５】
ステップ３１４のサブステップ３１６は、ブレーキモジュールのロータを回転させることを含む。ロータは、任意の有効な方法で、ドライブシャフトに回転連結することができる。すなわち、ロータは、ドライブシャフトと共に回転することができ、ドライブシャフトが加速すると、ロータが、これに対応して加速しうる。同様に、ロータが減速すると、ドライブシャフトがこれに対応して減速しうる。
【００８６】
ステップ３１４のサブステップ３１８は、ブレーキモジュールの一対の転頭プレートを回転させることを含む。各転頭プレートは、例えば、一組の歯を含んでおり、これらが、ロータの対応するサイドの一組の歯と係合する。ロータの歯と転頭プレートの歯との接触により、転頭プレートがロータと共に回転する。
【００８７】
ステップ３１４のサブステップ３２０は、一対のステータ構造体を回転させることを含む。各ステータ構造体は、例えば、一組の歯を含んでおり、これらが、一対の転頭プレートのうちの対応する１つの転頭プレートにおける一組の歯と係合する。転頭プレートの歯とステータの歯との接触により、ステータが、転頭プレート及びロータと共に回転する。
【００８８】
ステップ３２２において、当該方法は、転頭プレートの転頭を誘起することを含む。転頭プレートは、ロータ及びステータに対して角度を成して配置することができる。各転頭プレートは、さらに、ロータの対応する組の歯、及び／又は、対応するステータの歯とは異なる数の歯を有しうる。この歯の数の違いは、１つ又はこれと近い小さい数である。転頭プレート、ロータ、及び／又はステータの歯は、偏移運動を抑制するとともに、引っ掛かり（binding）のない転頭が実現されるような形状とされている。
【００８９】
サブステップ３２４は、ステータ構造体を減速させることを含む。ステータ構造体は、ロータに対して減速させられ、各ステータの歯と対応する転頭プレートの歯との接触力によって、転頭プレートが転頭させられる。一対のステータ構造体は、例えば、同時に等しく減速させられ、これにより、転頭プレートは、同時に転頭を開始するとともに、同じ速度で転頭を継続する。
【００９０】
サブステップ３２４における任意のサブステップ３２６は、各ステータ構造体の外面サイドにブレーキパッドを係合させることを含む。各ステータは、平面を有しており、これにより、回転中にブレーキパッドをステータと摩擦接触させて、ステータを減速させることができる。例えば、各ステータにおける、対応する転頭プレートと軸方向に対向する面に、接触させることができる。いくつかの例において、ブレーキモジュールは、油圧ディスクブレーキキャリパーを係合させるように、構成することができる。
【００９１】
サブステップ３２４における任意のサブステップ３２８は、ブレーキモジュールの中空シリンダに、ブレーキシューを係合させることを含む。一対のステータ構造体は、中空シリンダに堅固に接続することができる。例えば、円筒形のスリーブを、ステータ構造体、転頭プレート、及び、ロータの中央開口に挿通することができる。スリーブの内部に配置されたブレーキシューを、スリーブと摩擦接触させることができ、これにより、スリーブ及びこれに接続されたステータ構造体を減速させることができる。
【００９２】
ステップ３２２のサブステップ３３０は、転頭プレート間で軸方向の力のバランスをとることを含む。一対の転頭プレートは、例えば、配向は反対であるが、同じものである。従って、転頭中は、これらの転頭プレートは、等しく且つ反対の軸方向の力を生成する。ロータは、軸方向に移動及び／又は浮動が可能な状態であり、互いにバランスがとれた転頭プレートの軸方向の力が、ロータを中央に位置させるように働く。ステータ構造体は、１つの構造体として堅固に連結されており、従って、転頭プレートのこれらの軸方向の力によって、当該構造体の正味の移動が生じることはない。
【００９３】
当該方法３００のステップ３３２は、ドライブシャフトを減速させることを含む。上述したように、ロータは、ドライブシャフトに回転連結されており、これにより、ロータが減速すると、ドライブシャフトがこれに対応して減速しうる。ステップ３３２のサブステップ３３４は、転頭プレートによってロータを減速させることを含む。ロータは、これによって、ドライブシャフトを減速させる。
【００９４】
サブステップ３２４においてステータ構造体を減速させることによって生じる転頭プレートの転頭は、回転エネルギーを吸収することができる。従って、転頭プレートは、エネルギーが吸収されるにつれて、回転速度を下げる。すると、転頭プレートの歯とロータにおける対応する歯との相互作用により、ロータが減速される。
【００９５】
方法３００、特に、ステップ３１２〜３３２は、ブレーキモジュールを含む機械又はビークルの動作の間、繰り返すことができる。通常、当該方法のステップ３２２〜３３２は、ドライブシャフトが駆動されていない、あるいはトルク負荷がかかっていない時に、行われうる。すなわち、ブレーキは、シャフトの駆動と同時にはかからない。いくつかの例において、ブレーキモジュールは、スピードリミッター、緊急ブレーキ、又はその他の機構として機能しうる。そのような例では、シャフトの駆動中に、例えば、シャフトの速度を制限するため、及び／又は、過剰な回転エネルギーを吸収するために、ステップ３２２〜３３２を行ってもよい。
＜例示的な組み合わせ及び追加の実施例＞
【００９６】
本セクションでは、ブレーキシステムの追加の態様及び特徴を、限定を意図することなく、一連の付記として提示して説明する。これらの付記のいくつか又はすべてには、明確化及び効率化のために、英数字を付している。これらの付記の各々は、１つ又は複数の他の付記、及び／又は、本願の任意の他の箇所における開示と、任意の適切な態様で組み合わせることができる。以下の付記のいくつかは、他の付記に明示的に言及してさらなる限定を加えているが、これは適切な組み合わせのいくつかの例を提示しているにすぎず、限定するものではない。
【００９７】
付記Ａ．  中心軸の周りを回転するように構成されたシャフトに回転接続されるとともに、第２のサイドとは反対側の第１のサイドを有するロータと、
前記ロータの前記第１のサイドに設けられた第１ステータ構造体、及び、前記ロータの前記第２のサイドに設けられた第２ステータ構造体と、
前記ロータの前記第１のサイドと前記第１ステータ構造体との間の第１転頭プレート、及び、前記ロータの前記第２のサイドと前記第２ステータ構造体との間の第２転頭プレートと、を含むブレーキシステムであって、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの各々は、前記第１ステータ構造体及び前記第２ステータ構造体が前記ロータの回転速度に比べて回転速度を下げた際に、転頭するように構成されている、ブレーキシステム。
【００９８】
付記Ａ１．  前記第１ステータ構造体は、中空の円筒形スリーブによって、前記第２ステータ構造体と堅固に接続されている、付記Ａに記載のブレーキシステム。
【００９９】
付記Ａ２．  前記中空の円筒形スリーブの内面に摩擦係合して、前記第１ステータ構造体及び前記第２ステータ構造体を減速させ、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの転頭を誘起するように構成されたブレーキシューをさらに含む、付記Ａ１に記載のブレーキシステム。
【０１００】
付記Ａ３．  前記第１ステータ構造体と前記第２ステータ構造体とに同時に摩擦係合して、前記第１転頭プレート及び前記第２転頭プレートの転頭を誘起するように構成されたブレーキパッドをさらに含む、付記Ａ〜Ａ２のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０１】
付記Ａ４．  前記シャフトは、ビークルのホイールに接続された車軸である、付記Ａ〜Ａ３のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０２】
付記Ａ５．  前記ホイールは、航空機の着陸及び離陸用に構成されている、付記Ａ４に記載のブレーキシステム。
【０１０３】
付記Ａ６．  各ステータ構造体は、ショルダー部を有しており、隣接する前記転頭プレートは、前記ショルダー部との接触により、軸方向にアライメントされている、付記Ａ〜Ａ５のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０４】
付記Ａ７．  前記第１転頭プレートの転頭によって生じる、前記中心軸に平行な力は、前記第２転頭プレートの転頭によって生じる力と釣り合う、付記Ａ〜Ａ６のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０５】
付記Ａ８．  前記ロータ、前記第１及び第２転頭プレート、及び、前記第１及び第２ステータ構造体は、ベアリングによる支持無しで動く、付記Ａ〜Ａ７のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０６】
付記Ａ９．  各転頭プレートは、内面サイド及び外面サイドを有しており、各転頭プレートは、前記内面サイドに設けられた歯と、前記外面サイドに設けられた歯とを有しており、前記内面サイドの前記歯は、前記外面サイドの前記歯より大きい、付記Ａ〜Ａ８のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１０７】
付記Ａ１０．  各ステータは、内面サイドを有するとともに、前記内面サイドに設けられた歯を有しており、各ステータの前記内面サイドの歯の数は、各転頭プレートの前記外面サイドの歯の数と等しい、付記Ａ９に記載のブレーキシステム。
【０１０８】
付記Ａ１１．  前記ロータは、前記第１のサイドと前記第２のサイドとに同じ数の歯を有しており、前記ロータの各サイドの歯の数は、各転頭プレートの前記内面サイドの歯の数と１つ異なる、付記Ａ９又はＡ１０に記載のブレーキシステム。
【０１０９】
付記Ａ１２．  各転頭プレートは、前記中心軸に対して斜めの角度で配置されている、付記Ａ〜Ａ１１のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１０】
付記Ａ１３．  前記ロータは、前記シャフトに堅固に接続されている、付記Ａ〜Ａ１２のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１１】
付記Ｂ．  第１ステータギアと、
前記第１ステータギアに堅固に接続された第２ステータギアと、
前記第１ステータギアと前記第２ステータギアとの間に配置されたロータギアと、
前記第１ステータギア及び前記ロータギアと係合する第１転頭ギアと、
前記第２ステータギア及び前記ロータギアと係合する第２転頭ギアと、を含み、
前記ロータギアの回転により、前記第１転頭ギア、前記第２転頭ギア、前記第１ステータギア、及び、前記第２ステータギアが回転し、
前記ロータギアに対して前記第１ステータギア及び前記第２ステータギアを減速させることにより、前記第１転頭ギア及び前記第２転頭ギアの転頭が誘起され、前記第１転頭ギア及び前記第２転頭ギアの転頭により、前記ロータギアが減速する、ブレーキシステム。
【０１１２】
付記Ｂ１．  前記ロータギアの周縁部は、車軸に堅固に接続される、付記Ｂに記載のブレーキシステム。
【０１１３】
付記Ｂ２．  前記第１ステータギア及び前記第２ステータギアの各々の外側平面に、選択的に接触するように構成されたブレーキパッドをさらに含む、付記Ｂ又はＢ１に記載のブレーキシステム。
【０１１４】
付記Ｂ３．  前記第１ステータギアと前記第２ステータギアとを接続する中空の円筒形スリーブ、及び、前記中空の円筒形スリーブの内面に選択的に接触するように構成されたブレーキシューをさらに含む、付記Ｂ〜Ｂ２のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１５】
付記Ｂ４．  前記第１ステータギア、前記第２ステータギア、前記ロータギア、前記第１転頭ギア、及び、前記第２転頭ギアは、環状である、付記Ｂ〜Ｂ３のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１６】
付記Ｂ５．  前記ロータギアは、回転軸を有し、前記第１転頭ギアは、第１転頭軸を有し、前記第２転頭ギアは、第２転頭軸を有し、前記第１転頭軸及び前記第２転頭軸は、其々が、前記回転軸に対して斜めの角度で配置されている、付記Ｂ〜Ｂ４のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１７】
付記Ｂ６．  各ステータギアは、ショルダー部を有しており、係合する各転頭ギアは、前記ショルダー部との接触により、軸方向にアライメントされている、付記Ｂ〜Ｂ５のいずれかに記載のブレーキシステム。
【０１１８】
Ｃ．  ブレーキシステムにおいて回転エネルギーを消散させるための方法であって、
ロータに接続されたドライブシャフト、及び、前記ロータの両側に係合する一対の転頭プレートを用意し、各転頭プレートは、ステータ構造体に係合する外面サイドを有しており、
前記ドライブシャフト、ロータ、一対の転頭プレート、及び、ステータ構造体を、同じ回転速度で回転させ、
前記ステータ構造体の前記回転速度を下げることによって、前記一対の転頭プレートの転頭を誘起する、方法。
【０１１９】
付記Ｃ１．  前記ドライブシャフトは、航空機のホイールに接続される、付記Ｃに記載の方法。
【０１２０】
付記Ｃ２．  各ステータ構造体は、外面サイドを有し、前記誘起ステップは、各ステータ構造体の前記外面サイドにブレーキパッドを摩擦係合させることを含む、付記Ｃ又はＣ１に記載の方法。
【０１２１】
付記Ｃ３．  前記ステータ構造体どうしは、中空のシリンダによって接続されており、前記誘起ステップは、前記中空のシリンダの内面にブレーキシューを摩擦係合させることを含む、付記Ｃ〜Ｃ２のいずれかに記載の方法。
【０１２２】
付記Ｃ４．  前記誘起ステップは、前記一対の転頭プレートのうちの一方による軸方向の力を、前記一対の転頭プレートのうちの他方による軸方向の力と釣り合わせることを含む、付記Ｃ〜Ｃ３のいずれかに記載の方法。
【０１２３】
付記Ｃ５．  前記回転ステップ及び前記誘起ステップは、ベアリングによる支持無しで行われる、付記Ｃ〜Ｃ４のいずれかに記載の方法。
【０１２４】
付記Ｃ６．  前記一対の転頭する転頭プレートによって前記ロータを減速させることにより、前記ドライブシャフトを減速させることをさらに含む、付記Ｃ〜Ｃ５のいずれかに記載の方法。
＜効果、特徴、及び利点＞
【０１２５】
本明細書に記載のブレーキシステムの様々な実施例は、回転運動を制動するための既知の方策に対して、いくつかの利点をもたらす。例えば、本明細書に記載の例示的な実施例は、熱出力を生じさせることなく、回転エネルギーの大部分を消散させることができる。
【０１２６】
また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例では、トラクションが失われた際にトルク負荷を自動的に解放することにより、受動的なスキッド防止機能を実現する。
【０１２７】
また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例は、既存のビークル設計への追加や、既存のブレーキシステムに代えての後付けが容易である。
【０１２８】
また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例は、ベアリングを使用せずにバランスのとれたシステムを実現できる。
【０１２９】
既知のシステム又は装置の中で、これらの機能を、特にこのように小さなサイズで実現できるものはない。従って、本明細書に記載の例示的な実施例は、軽量且つコンパクトであるとともに高性能なブレーキシステムを必要とする航空機やその他のビークルに、特に有用である。ただし、本明細書に記載したすべての実施例が、同じ利点又は同程度の利点をもたらすとは限らない。
＜結び＞
【０１３０】
上述の開示は、独自の有用性を有する複数の実施例を包含しうる。これらの各々を、その好ましい形態で開示しているが、本明細書に開示及び図示されたそれらの具体的な実施例は、限定的な意味でとらえられるべきではなく、多くの変形例が可能である。本開示においてセクションごとの見出しが用いられている場合、そのような見出しは、単に体系化のみを目的としたものである。本開示の要旨は、本明細書に開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、すべての新規且つ非自明の組み合わせ及びサブコンビネーションを含む。以下の特許請求の範囲は、新規且つ非自明とみなされる、いくつかの組み合わせ及びサブコンビネーションを特に示している。特徴、機能、要素、及び／又は特性の、その他の組み合わせ及びサブコンビネーションは、本願又は関連出願に基づく優先権を主張する出願の特許請求の範囲に記載されうる。そのような特許請求の範囲は、元の特許請求の範囲よりも広いもの、狭いもの、均等のもの、又は異なるもの、のいずれであろうとも、本開示の要旨に含まれるものとみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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2020173023000003.pdf
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