(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に一体的に取り付けられたロータと、このロータに対向して支持され、ロータの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リングに均等に配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記ロータとの間に、前記永久磁石と同数だけ均等に介設された強磁性体のスイッチ板群と、このスイッチ板群の各スイッチ板の間に介設された非磁性体の支持体部分を備えた渦電流式減速装置において、下記の数式で表わされる支持リングの周方向の断面積Ａが、κ＝０．０８〜０．１２の範囲となるようにしたことを特徴とする渦電流式減速装置。
Ａ＝κ・（ＢＨmax ・Ｗ／ρ）／Ｂｒ
但し、ＢＨmax ：使用する永久磁石の最大エネルギー積（Ｊ／ｍ3 ）
Ｗ：１個当りの永久磁石質量（ｋｇ）
ρ：使用する永久磁石の比重（ｋｇ／ｍ3 ）
Ａ：支持リングにおける周方向の断面積（ｍ2 ）
Ｂｒ：磁界強度５０００Ａ／ｍにおける支持リングの飽和磁束密度（Ｔ）
【請求項２】
回転軸に一体的に取り付けられたロータと、このロータに対向して支持され、ロータの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リングに均等に配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記ロータとの間に、前記永久磁石と同数だけ均等に介設された強磁性体のスイッチ板群と、このスイッチ板群の各スイッチ板の間に介設された非磁性体の支持体部分を備えた渦電流式減速装置において、前記支持リングを半径方向に２分割し、制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が大きく、非制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が小さくなるように構成したことを特徴とする渦電流式減速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制動補助装置としてバスやトラック等の大型自動車に取付けられる渦電流式減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バスやトラック等の大型自動車には、長い降坂時等において、安定した減速を行い、フットブレーキの使用回数を減少させて、ライニングの異常摩耗やフェード現象を防止すると共に、制動停止距離を短縮することを目的として、主ブレーキであるフットブレーキや補助ブレーキである排気ブレーキの他に渦電流式減速装置が取付けられるようになってきた。この渦電流式減速装置には、磁石として、電磁石を使用するものと、永久磁石を使用するものがあるが、最近では、制動時に通電を必要としない永久磁石を使用するものが多くなってきている。
【０００３】
この永久磁石を使用した渦電流式減速装置として、例えば本出願人が特願平１−２９８９４８号で提案したものは、図７に示すように、回転軸に一体的に取り付けられたロータ１と、このロータ１に対向して支持され、ロータ１の周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リング２に均等に配置された永久磁石３群と、この永久磁石３群と前記ロータ１との間に、前記永久磁石３と同数だけ均等に介設された強磁性体のスイッチ板４群と、このスイッチ板４群の各スイッチ板４の間に介設された非磁性体の支持体５部分を備えた構成であり、前記永久磁石３の外周面とスイッチ板４の内周面間は、所定の隙間が保たれている。なお、図７中の１ａはロータ１の円筒部、１ｂはロータ１の冷却フィン、６は支持リング２を所定角度往復旋回する駆動部、７は支持リング２の内周面側及び両側壁側と支持体５間に夫々介装され、支持リング２を回動自在に支持する軸受を示す。
【０００４】
この特開平１−２９８９４８号で提案された渦電流式減速装置では、図８（ａ）に示すように、永久磁石３がスイッチ板４と重なり合うように支持リング２を回動させると、支持リング２と、隣接する永久磁石３及び隣接するスイッチ板４と、ロータ１の円筒部１ａで、矢印で示すように磁気回路が形成されて、いわゆる制動ＯＮの状態となり、前記した円筒部１ａには永久磁石３からの磁束が作用して渦電流が発生し、制動トルクが発生する。
【０００５】
従って、制動時にはロ−タ１を含む磁気回路に多くの磁束を通すことにより高い制動力が得られることになる。そこで、制動時の支持リング２やスイッチ板４といった回路構成部品の磁気容量を十分に大きくし、制動時の磁気回路上の磁気的抵抗を小さくすることが、制動効率を高め、高価な永久磁石を節減できてコストの低減につながる。
【０００６】
また、上記した制動ＯＮの位置から支持リング２を旋回させ、図８（ｂ）に示すように、一つの永久磁石３が隣接するスイッチ板４を跨いで半分ずつ重なり合った状態となすと、支持リング２と、隣接する永久磁石３と、一つのスイッチ板４で、矢印で示すように短絡的磁気回路が形成されて、いわゆる制動ＯＦＦの状態となる。
【０００７】
この状態では、前記した円筒部１ａに渦電流が流れず、制動トルクが発生しないのが理想であるが、スイッチ板４と円筒部１ａが近接しているため、現実には、図８（ｂ）に破線で示すように、スイッチ板４を通過する磁束の一部がロータ１の円筒部１ａに侵入して円筒部１ａに引きずりトルクを発生させ、これによる動力ロスが燃費悪化等の問題を引き起こす。
【０００８】
そこで、この引きずりトルクの発生を防止するために、従来はスイッチ板からロータの円筒部への磁束の侵入を抑制するため、スイッチ板の周方向の断面積を十分に大きくし、スイッチ板間での磁束の通りやすさを確保していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようにスイッチ板の周方向の断面積を大きくする手法では、必然的にスイッチ板の厚さが厚くなることから、これが制動時の磁気回路の磁気的抵抗を上昇させ、制動効率の低下を招くといった悪循環が引き起こされていた。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、制動ＯＮ時の制動力を損なわないで、制動ＯＦＦ時に、永久磁石から発生する磁束を抑制し、スイッチ板からロータの円筒部に漏れる磁束を抑え、引きずりトルクを抑制することができる渦電流式減速装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る渦電流式減速装置は、単列旋回方式の渦電流式減速装置における、支持リングの下記の数式１で表わされる周方向の断面積Ａが、κ＝０．０８〜０．１２の範囲となるようにしたり、また、支持リングを半径方向に２分割し、制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が大きく、非制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が小さくなるように構成することとしている。そして、このようにすることで、制動ＯＮ時の制動力を損なわないで、制動ＯＦＦ時に、永久磁石から発生する磁束を抑制し、スイッチ板からロータの円筒部に漏れる磁束を抑え、引きずりトルクを抑制することができるようになる。
【００１２】
【数１】
Ａ＝κ・（ＢＨmax ・Ｗ／ρ）／Ｂｒ
但し、ＢＨmax ：使用する永久磁石の最大エネルギー積（Ｊ／ｍ3 ）
Ｗ：１個当りの永久磁石質量（ｋｇ）
ρ：使用する永久磁石の比重（ｋｇ／ｍ3 ）
Ａ：支持リングにおける周方向の断面積（ｍ2 ）
Ｂｒ：磁界強度５０００Ａ／ｍにおける支持リングの飽和磁束密度（Ｔ）
【００１３】
【発明の実施の形態】
単列旋回方式の渦電流式減速装置の制動時と非制動時の磁気回路を図５及び図６に示す。なお、図５及び図６は理解を容易にするために磁気回路内を流れる磁束を電流とみなして電流回路として表わしたものである。
【００１４】
図８（ａ）に示した制動時においては、例えば紙面左側の永久磁石３から流れ出た磁束は、同じく紙面左側の永久磁石３とスイッチ板４間の隙間→紙面左側のスイッチ板４→紙面左側のスイッチ板４とロータの円筒１ａ間の隙間→ロータの円筒１ａを通って、ロータの円筒１ａと紙面右側のスイッチ板４間の隙間→紙面右側のスイッチ板４→紙面右側のスイッチ板４と永久磁石３間の隙間→支持リング２を通って紙面左側の永久磁石３に戻ることになる。
【００１５】
図５はこの制動時における磁気回路を電流回路に置き換えて表わしたもので、この図５において、永久磁石３は電源に相当するものと考え、ＢＨで表わしている。また、支持リング２の周方向断面（図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面）が有する抵抗をＲy(A)、永久磁石３とスイッチ板４間の隙間が有する抵抗をＲGap1、スイッチ板４の高さ方向断面（図８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面）が有する抵抗をＲP(A)、スイッチ板４とロータの円筒１ａ間の隙間が有する抵抗をＲGap2、ロータの円筒１ａの周方向断面（図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面）が有する抵抗をＲD と考える。
【００１６】
この図５に示した電流回路において、制動時の全抵抗をＲONとした場合、制動時の電流（磁束）ＩONの大きさは、ＩON∝ＢＨ／ＲONで表わすことができる。ここで、ＲON＝（ＲGap1＋ＲP(A)＋ＲGap2）×２＋ＲD ＋Ｒy(A)で表わすことができることから、ＲON≫Ｒy(A)となる。
【００１７】
一方、図８（ｂ）に示した非制動時においては、例えば紙面左側の永久磁石３から流れ出た磁束は、紙面左側の永久磁石３と紙面中央のスイッチ板４間の隙間→紙面中央のスイッチ板４→紙面中央のスイッチ板４と紙面右側の永久磁石３間の隙間→支持リング２を通って紙面左側の永久磁石３に戻ることになる。
【００１８】
また、図８（ｂ）に示した非制動時における引きずりトルクは、例えば紙面左側の永久磁石３から流れ出て、紙面左側の永久磁石３と紙面中央のスイッチ板４間の隙間→紙面中央のスイッチ板４を通ってきた磁束の一部が、紙面中央のスイッチ板４とロータの円筒１ａ間の隙間を介してロータの円筒１ａに流れ、ロータの円筒１ａと紙面中央のスイッチ板４間の隙間→紙面中央のスイッチ板４→紙面中央のスイッチ板４と紙面右側の永久磁石３間の隙間→支持リング２を通って紙面左側の永久磁石３に戻ることによって発生する。
【００１９】
図６はこの非制動時における磁気回路を電流回路に置き換えて表わしたもので、この図６に示した電流回路において、スイッチ板４の周方向（図８（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面）の抵抗をＲP(t)、非制動時の全抵抗をＲOFF とした場合、非制動時の電流（磁束）ＩOFF の大きさは、ＩOFF ∝ＢＨ／ＲOFF で表わすことができる。ここで、ＲOFF ＝２・ＲGap1＋Ｒ’＋Ｒy(A)、但し、１／Ｒ’＝（１／ＲP(t)）＋１／（２・ＲP(A)＋２・ＲGap2＋ＲD ）で表わすことができることから、ＲOFF ＞Ｒy(A)となる。
【００２０】
また、隙間の磁気的抵抗ＲGap1及びＲGap2は、スイッチ板４、ロータの円筒１ａ、支持リング２が有する磁気的抵抗ＲP(A)、ＲP(t)、ＲD 、Ｒy(A)に比べはるかに大きいことから、ＲON≫ＲOFF であり、支持リング２の影響は、制動時には小さく、非制動時には大きいことが判る。従って、支持リング２の周方向断面積を小さくすることによって、非制動時の磁束の流れ、ひいては引きずりトルクを小さくすることができる。
【００２１】
第１の本発明に係る渦電流式減速装置は、上記した考え方に基づいてなされたものであり、回転軸に一体的に取り付けられたロータと、このロータに対向して支持され、ロータの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リングに均等に配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記ロータとの間に、前記永久磁石と同数だけ均等に介設された強磁性体のスイッチ板群と、このスイッチ板群の各スイッチ板の間に介設された非磁性体の支持体部分を備えた渦電流式減速装置において、上記の数式１で表わされる支持リングの周方向の断面積Ａが、κ＝０．０８〜０．１２の範囲となるようにしたものである。
【００２２】
第１の本発明に係る渦電流式減速装置において、上記の数式１で表わされる支持リングの周方向の断面積Ａが、κ＝０．０８〜０．１２の範囲となるようにしたのは、単列旋回方式の渦電流式減速装置において、上記数式１で求めた支持リングの周方向の断面積Ａを変化させた場合（κを変化させた場合）の制動トルクと引きずりトルクを測定した結果に基づくものである。
【００２３】
支持リングの周方向の断面積Ａを変化させた場合（κを変化させた場合）の制動トルクと引きずりトルクを測定した結果を図１に示すが、この図１よりκが０．１２を超えた場合には制動トルクが飽和することが判る。また、κが０．０８未満の場合には、引きずりトルクの低下率はあまり変化しないものの、制動トルクが大きく低下することが判る。
【００２４】
この結果より、単列旋回方式の渦電流式減速装置における上記数式１で求めた支持リングの周方向の断面積Ａをκが０．０８〜０．１２の範囲内となるような断面積にした場合には、例えば下記の仕様の渦電流式減速装置では、制動トルクは最大発生トルクの９０％以上を確保でき、制動ＯＦＦ時の引きずりトルクを最大時の１８〜２８％に抑制することができるようになる。
【００２５】
単列旋回方式の渦電流式減速装置仕様
ＢＨmax ：３６０（ｋＪ／ｍ3 ）
Ｗ：１９９（ｇ／１個）
ρ：７．５×１０3 （ｋｇ／ｍ3 ）
κ＝０．１の時のＡ：５８６（ｍｍ2 ）
Ｂｒ：１．６３（Ｔ）
【００２６】
なお、第１の本発明に係る渦電流式減速装置において、支持リングの磁束密度Ｂｒを磁界強度５０００Ａ／ｍにおける飽和磁束密度としているのは、材質が異なる場合は勿論のこと、同じ材質でも磁界強度が異なれば磁束密度Ｂｒが異なるため、ただ単に磁束密度Ｂｒだけを決めた場合には適用可能な支持リングが曖昧になるからである。
【００２７】
また、第２の本発明に係る渦電流式減速装置は、回転軸に一体的に取り付けられたロータと、このロータに対向して支持され、ロータの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リングに均等に配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記ロータとの間に、前記永久磁石と同数だけ均等に介設された強磁性体のスイッチ板群と、このスイッチ板群の各スイッチ板の間に介設された非磁性体の支持体部分を備えた渦電流式減速装置において、前記支持リングを半径方向に２分割し、制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が大きく、非制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が小さくなるように構成したものである。
【００２８】
第２の本発明に係る渦電流式減速装置では、一つの永久磁石が、隣接するスイッチ板を跨いで半分ずつ重なり合った制動ＯＦＦの状態では、隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が小さくなるので、永久磁石から発生する磁束が抑制され、必然的にロータの円筒部に漏れる磁束が低減でき、引きずりトルクが低減する。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の渦電流式減速装置を図２〜図４に示す実施例に基づいて説明する。なお、図２〜図４中、図７及び図８と同一符号は同一部分或いは相当部分を示し、詳細な説明を省略する。
図２は第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第１実施例を示した断面図で、（ａ）は制動ＯＦＦの状態を示す説明図、（ｂ）は制動ＯＮの状態を示す説明図、図３は第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第２実施例を示した断面図で、（ａ）は制動ＯＦＦの状態を示す説明図、（ｂ）は制動ＯＮの状態を示す説明図、図４は第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第３実施例を示した断面図で、（ａ）は周方向断面を示した図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は制動ＯＦＦの状態を示す（ａ）の矢視Ｂ図、（ｄ）は制動ＯＮの状態を示す（ａ）の矢視Ｂ図である。
【００３０】
第１の本発明に係る渦電流式減速装置は、例えば密度ρが７５００ｋｇ／ｍ3 で、１個当りの質量Ｗが１９９ｇの永久磁石を、最大エネルギー積ＢＨmax が３６０ｋＪ／ｍ3 となるように設けた単列旋回方式の渦電流式減速装置の場合、磁界強度が５０００Ａ／ｍの時の飽和磁束密度Ｂｒが例えば１．６３Ｔの材料を使用した支持リングの、周方向断面積Ａを４６８．８ｍｍ2 から７０３．２ｍｍ2 の間、すなわち、数式１におけるκが０．０８〜０．１２の範囲に設定したものである。
【００３１】
支持リングの周方向断面積Ａを上記したような範囲に設定することで、制動ＯＮ時の制動力を損なわないで、制動ＯＦＦ時に、永久磁石から発生する磁束を抑制し、スイッチ板からロータの円筒部に漏れる磁束を抑え、引きずりトルクを抑制することができるようになる。
【００３２】
図２〜図４は、上記した第１の本発明に係る渦電流式減速装置のように支持リングの周方向の断面積を一定範囲内に決定するのに代えて、支持リングを半径方向に２分割し、制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が大きく、非制動時には隣接する永久磁石間における支持リングの断面積が小さくなるように構成した、第２の本発明に係る渦電流式減速装置の具体的な実施例を示したものである。
【００３３】
すなわち、図２に示した第１実施例は、半径方向に２分割したうちの内周側に位置する、支持体５に固定した第１支持リング１１におけるスイッチ板４の周方向中央部と対向する位置に幅方向全域に至る凹溝１１ａを設けた構成である。
【００３４】
このようにすることで、半径方向に２分割したうちの外周側に位置する第２支持リング１２の例えば外周面に均等に設置した永久磁石３を、スイッチ板４と対向させた図２（ｂ）に示す制動ＯＮ状態では、支持リングの周方向の断面積が大きくなって（従来の支持リング２における周方向の断面積とほぼ同じ）、制動トルクが損なわれることがない。
【００３５】
そして、図２（ｂ）に示す制動ＯＮ状態から、一つの永久磁石３が隣接するスイッチ板４を跨いで半分ずつ重なり合った図２（ａ）に示す制動ＯＦＦ状態まで第２支持リング１２を旋回させれば、支持リングの周方向の断面積が凹溝１１ａを設けた分だけ小さくなって、短絡的磁気回路を流れる磁束が減少し、必然的にスイッチ板からロータの円筒部に漏れる磁束が減少して、引きずりトルクが低減する。なお、図２中の１４は第１支持リング１１と第２支持リング１２間に介設されたベアリングである。
【００３６】
また、図３に示した第２実施例は、図２に示した第１実施例に代えて、支持体５を永久磁石３の設置数と同じ数の多角形となすと共に、この多角形の頂角をスイッチ板４の略周方向中心と対向する位置となるように配置し、この支持体５の各外周面に、それぞれ半径方向に２分割したうちの内周側に位置する第１支持体１３を、隣合う第１支持体１３間に所定の間隔を存して配置したものである。
【００３７】
この図３に示した第２実施例でも、図２に示した第１実施例と同様の作用効果を奏するようになる。なお、図３中の１４は第１支持体１３と第２支持リング１２間に介設されたベアリングである。
【００３８】
また、図４に示した第３実施例は、図２に示した第１実施例の第１支持リング１１の幅方向一方側（図４（ａ）の紙面左側）を、凹溝１１ａの底部と同じ高さに切欠き、この切欠き部１１ｂに第２支持リング１２の対向する部分を突出させ、この突出部１２ａを前記切欠き部１１ｂに対向させているのである。
【００３９】
この図４に示した第３実施例でも、図２に示した第１実施例と同様の作用効果を奏するようになる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の渦電流式減速装置によれば、制動ＯＮ時の制動力を損なわないで、制動ＯＦＦ時に、永久磁石から発生する磁束を抑制することができる。従って、この制動ＯＦＦ時における永久磁石から発生する磁束の減少に伴って、必然的にスイッチ板からロータの円筒部に漏れる磁束が減少し、引きずりトルクを抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の本発明の渦電流式減速装置の説明図で、上記数式１で求めた支持リングの周方向の断面積Ａを変化させた場合（κを変化させた場合）の制動トルクと引きずりトルクを測定した結果を示した図である。
【図２】第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第１実施例を示した断面図で、（ａ）は制動ＯＦＦの状態を示す説明図、（ｂ）は制動ＯＮの状態を示す説明図である。
【図３】第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第２実施例を示した断面図で、（ａ）は制動ＯＦＦの状態を示す説明図、（ｂ）は制動ＯＮの状態を示す説明図である。
【図４】第２の本発明の渦電流式減速装置の回転軸方向の第３実施例を示した断面図で、（ａ）は周方向断面を示した図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は制動ＯＦＦの状態を示す（ａ）の矢視Ｂ図、（ｄ）は制動ＯＮの状態を示す（ａ）の矢視Ｂ図である。
【図５】図８（ａ）に示す制動時における磁気回路を電流回路に置き換えて表わした図である。
【図６】図８（ｂ）に示す非制動時における磁気回路を電流回路に置き換えて表わした図である。
【図７】特開平１−２９８９４８号で提案された渦電流式減速装置の側面図で、上半分を断面して示した図である。
【図８】図７の渦電流式減速装置における磁気回路構成を示す説明図で、（ａ）は制動ＯＮの状態、（ｂ）は制動ＯＦＦの状態を示す図である。
【符号の説明】
１ａ    円筒部
２      支持リング
３      永久磁石
４      スイッチ板
１１    第１支持リング
１１ａ  凹溝
１１ｂ  切欠き部
１２    第２支持リング
１２ａ  突出部
１３    第１支持体
【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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