(57)【要約】  単列旋回方式の渦電流式減速装置において、部品点数が多くなく、更なる装置の小型化を図りつつ、低コストでかつ制動オンと制動オフの切り替えの際の作動所要力を小さくする。  回転軸１に取り付けた制動ドラム２の円周方向に磁極の向きが互いに逆向きとなるよう、一定の間隔を存して永久磁石３を配置した強磁性体の磁石支持部材４を制動ドラム２に対向して所要角度旋回移動可能に設ける。永久磁石３と基本的には同じ角度位置に配置した強磁性体のポールピース５群を、各ポールピース５間に設けた非磁性体の支持部材６ａを介在させて設置した支持体３を永久磁石群と制動ドラム２の間に設ける。複数のポールピース５の、制動オフから制動オンへの切り替え時の磁石支持部材４の移動方向前端部側でかつ永久磁石３と相対する側に切欠き部５ａを設ける。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に一体的に取り付けた制動ドラムと、
この制動ドラムに対向して支持され、制動ドラムの円周方向に磁極の向きが互いに逆向きとなるよう、一定の間隔を存して永久磁石を配置した強磁性体の磁石支持部材と、
前記永久磁石群と前記制動ドラムとの間に、これら永久磁石と基本的には同じ角度位置に配置した強磁性体のポールピース群を、このポールピース群の各ポールピース間に設けた非磁性体の支持部材を介在させて設置した支持体を備え、
前記磁石支持部材を所要角度、回転軸を中心とする円周方向の旋回移動可能に構成した単列旋回方式の渦電流式減速装置、
或いは、
回転軸に一体的に取り付けた制動ディスクと、
この制動ディスクの主面と対向すべく設けられ、制動ディスクの円周方向に磁極の向きが互いに逆向きとなるよう、一定の間隔を存して永久磁石を配置した強磁性の磁石支持部材と、
前記制動ディスクと前記永久磁石群との間に、これら永久磁石と基本的には同じ角度位置に配置した強磁性体のポールピース群を、このポールピース群の各ポールピース間に設けた非磁性体の支持部材を介在させて設置した支持体を備え、
前記磁石支持部材を所定角度、回転軸を中心とする円周方向の旋回移動可能に構成したディスク型の渦電流式減速装置、
において、
円周方向に配置された前記ポールピース群の内、複数のポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久磁石と相対する側に、切欠き部を設けたことを特徴とする渦電流式減速装置。
【請求項２】
複数のポールピースに設ける前記切欠き部が同一形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の渦電流式減速装置。
【請求項３】
複数のポールピースに設ける前記切欠き部が異なる形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の渦電流式減速装置。
【請求項４】
前記ポールピースは、前記切欠き部を有するものと、切欠き部を有しないものが交互に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の渦電流式減速装置。
【請求項５】
回転軸の横断面方向から見た場合に、回転軸の軸中心から前記切欠き部を設けないとした場合のポールピースの内周側の前後端を結んだ直線がなす角度を、当該ポールピースと相対する位置の永久磁石の外周側の前後端を結んだ直線がなす角度で除した値が、１．０４７以上、１．１３以下であることを特徴とする請求の範囲第１〜４項の何れかに記載の渦電流式減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば大型・中型のバスやトラックに、補助ブレーキとして搭載する車両用の渦電流式減速装置（以下、リターダという。）に関するものである。特に制動オンと制動オフの切り替え時に必要な作動力（以下、作動所要力という。）の低減を図ることを目的としたものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばトラックやバスなどの大型車両の場合、主ブレーキであるフットブレーキ（摩擦ブレーキ）の他に、補助ブレーキとしてエンジンブレーキや排気ブレーキが搭載されている。近年、車両に搭載するエンジンが小排気量化することに伴ってエンジンブレーキや排気ブレーキの能力が低下することから、リターダを導入して補助ブレーキを強化する場合が多くなってきている。【０００３】
リターダは、制動力をもたらす磁界を発生させるために、電磁石を用いる方式と、永久磁石を用いる方式に大別されるが、近年は、制動時に通電を必要としない永久磁石方式のリターダが主流となっている。この永久磁石方式のリターダは、制動力がもたらされる制動部材の形状に応じて、ドラム型とディスク型の二種類に区分される。【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２には、大型車両に搭載される永久磁石方式のリターダの一般的な構成が開示されている。【０００５】
このうち、特許文献１にはドラム型のリターダが開示されている。このリターダは、図１０に示すように、プロペラシャフトなどの回転軸１に制動部材である円筒状の制動ドラム２を固定している。【０００６】
そして、制動ドラム２の内側に、複数の永久磁石３を円周方向に設けたリング状の磁石支持部材４を配置している。また、前記永久磁石３群と前記制動ドラム２との間に、永久磁石３と基本的には同じ角度位置に配置した強磁性体のポールピース５を配置している。これらポールピース５は、各ポールピース５の間に非磁性体の支持部材６ａを介在させた支持体６によって支持されている。【０００７】
一方、特許文献２にはディスク型のリターダが開示されている。このリターダは、図１１に示すように、回転軸１に制動部材である円板状の制動ディスク７を固定している。【０００８】
そして、制動ディスク７の主面７ａに対向して、複数の永久磁石３を円周方向に設けた環状の磁石支持部材４を配置している。また、前記永久磁石３群と前記制動ディスク７との間に、永久磁石３と基本的には同じ角度位置に配置した強磁性体のポールピース５を配置している。これらポールピース５は、各ポールピース５の間に非磁性体の支持部材６ａを介在させた支持体６によって支持されている。【０００９】
前記のドラム型やディスク型のリターダの場合、前記磁石支持部材を所定の位置に移動させることにより、制動オンと制動オフの切替えを行う。【００１０】
これらドラム型、ディスク型のリターダの場合は、図１０，１１の（ｂ）図に示す制動時には、両者とも永久磁石３からの磁界の作用で、永久磁石３と対向する制動ドラム２の内周面又は制動ディスク７の主面７ａに渦電流が発生する。そして、この渦電流により、回転軸とともに回転する制動ドラム又は制動ディスクに回転方向と逆向きの制動力が生じ、回転軸を減速する。なお、図１０，１１の（ｃ）図は非制動時の磁気回路構成を示す図である。【００１１】
しかしながら、ドラム型およびディスク型のリターダの場合は、両者とも制動オンと制動オフを切り替える際の磁石支持部材の回転に大きな作動所要力を必要とするため、アクチュエータが大きくなって自動車への搭載が困難であった。【００１２】
そこで、制動オンと制動オフを切り替える際の磁石支持部材の回転に必要な作動所要力を小さくすることを目的としたリターダが特許文献３で提案された。【００１３】
特許文献３で提案されたリターダは、制動ドラムの内周面と対向して、制動ドラム側から、それぞれ円周方向に所定間隔を存して複数の永久磁石を配置した、外側磁石環と内側磁石環を、それぞれの永久磁石が相対するように設けている。このうち、外側磁石環では、複数の永久磁石は、磁極を円周方向に向け、円周方向に向き合う磁極が同極となるように配置している。一方、内側磁石環では、複数の永久磁石は、磁極を直径方向に向け、円周方向に隣り合う磁極が交互に逆極性となるように配置している。そして、外側磁石環の内周面には、前記永久磁石に沿って延びた円周方向の両端を永久磁石から延出させる凹部が形成されると共に、凹部の両端の位置に外側磁石環を更に掘り下げた掘り下げ部が、永久磁石を避けて形成されている。【００１４】
この特許文献３で提案されたリターダの場合、制動オンと制動オフを切り替える際の内側磁石環の回転に必要な作動所要力は小さくなる。しかしながら、その構造から部品点数が多くなって、製造経費が嵩むといった問題がある。【００１５】
そこで、出願人は、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の回転を、ピストン受圧面積の大きい側へのエアーの供給により、制動ドラムの回転方向へピストンロットが突出することで行うように構成したリターダを提案した（特許文献４）。【００１６】
特許文献４で提案したリターダの場合、部品点数は変化しないので、製造経費が嵩むといった問題は生じない。しかしながら、更なる装置全体の低コスト化と小型化を図ろうとすると、特許文献４で提案したリターダではエアーシリンダの力が不足する。一方、所定の押引力を満たすエアーシリンダを採用すると低コストと小型化が図れなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１−２９８９４８号公報
【特許文献２】特開平１−２３４０４４号公報
【特許文献３】特開２００７−８２３３８号公報
【特許文献４】特許第４５８１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明が解決しようとする問題点は、制動オンと制動オフの切り替えの際に必要な作動所要力を小さくすることを目的とした従来のリターダは、部品点数が多くなるという点である。また、更なる装置の小型化を図ろうとすると、エアーシリンダの力が不足するという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のリターダは、部品点数が多くならず、しかも更なる装置の小型化を図りつつ、できるだけ低コストで、かつ制動オンと制動オフの切り替えの際の作動所要力を小さくすることを目的として成されたものである。【００２０】
本発明のリターダは、
図１０に示した構成の単列旋回方式のリターダ、或いは、図１１に示した構成のディスク型のリターダにおいて、
円周方向に配置した前記ポールピース群の内、複数のポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久磁石と相対する側に、切欠き部を設けたことを最も主要な特徴としている。【００２１】
上記本発明では、円周方向に配置したポールピース群の内、複数のポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向の前端部側でかつ永久磁石と相対する側に切欠き部を設けるので、個々または同極毎の永久磁石からポールピースへの磁束の流れが変化する。これにより、個々または異極毎の永久磁石とポールピース間に働く吸引力と反発力のピーク発生位置が変化して、制動オンと制動オフの切り替えの際の作動所要力を小さくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、円周方向に配置したポールピース群の内、複数のポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久磁石と相対する側に切欠き部を設けることにより、制動オフと制動オンの切り替えの際の作動所要力を効果的に小さくすることができる。【００２３】
これにより、従来に比べて更に低コストで、かつ制動オフと制動オンの切り替えの際の作動所要力の小さいアクチュエータを採用することができ、その結果、装置全体の小型化、軽量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明のリターダに採用するポールピースの形状例を説明する図で、夫々紙面左側は側面から見た図、紙面右側は円周方向の前方下方から見た斜視図、（ｅ）は採用するポールピースの組合せの一例を側面から見た図である。
【図２】（ａ）は、図３（ａ）に示した場合の、制動ドラムの回転方向と逆方向（以下、単に逆方向という。）の回転により制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力を数値解析により求めた結果を示した図、（ｂ）は、図３（ｂ）に示した場合の（ａ）と同様の図である。
【図３】逆方向の回転時における本発明の単列旋回方式のリターダのポールピース形状の一例を示す図で、（ａ）は切欠き部を設けたポールピースと、切欠き部を設けないポールピースを交互に配置した場合、（ｂ）は切欠き部を設けたポールピースを全周配置した場合である。
【図４】（ａ）は本発明と特許文献４の技術の制動トルクを比較した図、（ｂ）は同じく磁気漏れ損失トルクを比較した図である。
【図５】制動ドラムの回転方向と同方向（以下、順方向という。）の回転時における図３と同様の図である。
【図６】順方向の回転時における図２（ａ）と同様の図である。
【図７】制動オフと制動オンを切り替える際に必要な作動所要力を数値解析により求めた結果を示した図で、（ａ）は順方向の回転による制動オフから制動オンへの切り替え時、（ｂ）は逆方向の回転による制動オンから制動オフへの切り替え時である。
【図８】回転軸の横断面方向から見た場合の、ポールピースと永久磁石の関係を説明する図である。
【図９】回転軸の横断面方向から見た場合に、回転軸の軸中心から前記切欠き部を設けないとした場合のポールピースの内周側の前後端を結んだ直線がなす角度（以下、ポールピース角度という。）を、当該ポールピースと相対する位置の永久磁石の外周側の前後端を結んだ直線がなす角度（以下、磁石角度という。）で除した値と、作動所要力比及び制動トルク比・磁気漏れトルク比の関係を示した図である。
【図１０】単列旋回方式の従来のドラム型のリターダを説明する図で、（ａ）は回転軸方向の断面図、（ｂ）は制動時の磁気回路構成の説明図、（ｃ）は非制動時の磁気回路構成の説明図である。
【図１１】従来のディスク型のリターダを説明する図１０と同様の図である。
【図１２】単列旋回方式の従来のリターダにおける磁石支持部材の移動方向とポールピースの形状を示す図であり、（ａ）は順方向の回転時、（ｂ）は逆方向の回転時を示す。
【図１３】リターダに採用する従来のポールピース形状を説明する図で、紙面左側は側面から見た図、紙面右側は円周方向の前方下方から見た斜視図である。
【図１４】特許文献４で提案した単列旋回方式のリターダにおける制動オンと制動オフの切り替えの際に必要な作動所要力を数値解析により求めた結果を示した図で、（ａ）は順方向の回転時、（ｂ）は逆方向の回転時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明では、部品点数が多くならず、しかも更なる装置の小型化を図りつつ、できるだけ低コストで、かつ制動オンと制動オフの切り替えの際に必要な作動所要力を小さくすることを目的とするものである。
【００２６】
そして、前記目的を、円周方向に配置したポールピース群の内、複数のポールピースの、磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久時磁石と相対する側に切欠き部を設けることにより実現した。
【実施例】
【００２７】
図１２は、図１３に示した形状のポールピース５を使用した単列旋回方式の従来のリターダにおける磁石支持部材４の移動方向を示した図である。また、図１４は、図１０に示した単列旋回方式の従来のリターダにおいて、出願人が特許文献４で提案した技術を適用した場合の、制動オンと制動オフの切り替えの際に必要な作動所要力を数値解析によって求めた結果を示した図である。【００２８】
図１４は特許文献４の図６に相当する図であり、特許文献４の図６の実線で示した単列旋回方式のリターダと同等の結果が得られている。このように、特許文献４で提案した技術は、制動オフから制動オンへの切り替え時に、制動ドラムに生じる渦電流に伴う反磁界と永久磁石からの磁界が反発し合い、制動ドラムの回転方向に永久磁石を押す力が加わるので、エアーシリンダによる力が小さくて良いことが確認できる。【００２９】
しかしながら、市場からの車両の燃費向上の要請に伴い、リターダの更なる小型化、軽量化の要求が自動車メーカからなされている。【００３０】
そこで、発明者らは、永久磁石方式のリターダの制動オフから制動オンへの切り替え時に必要な作動所要力の源である永久磁石とポールピース間の磁束の流れを分散させてピークを抑えることについて検討を重ねた。【００３１】
永久磁石とポールピース間の磁束の流れを分散させてピークを抑えることができれば、所定の押引力を満たしつつ、低コストと小型化が可能となるエアーシリンダを採用することができ、リターダの小型化、軽量化を図ることができるからである。【００３２】
発明者らが検討を重ねた結果、ポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久磁石と相対する側に切欠き部を設けた場合、永久磁石とポールピース間の磁束の流れのピークを抑えることができることを知見した。【００３３】
すなわち、ポールピースの前記位置に切欠き部を設けた場合、制動オフから制動オンに切り替わる際のポールピースの下端と永久磁石の上端が離れるかまたは近づく瞬間に働く力のタイミングが、切欠き部を設けないポールピースに比べてずれることになる。【００３４】
そして、このタイミングのずれによりリターダの制動オフから制動オンへの切り替え時に必要な作動所要力が小さくて良くなる。従って、小型・軽量のエアーシリンダを採用することが可能となって、装置全体の低コスト化と小型化を図ることができる。【００３５】
ポールピースの、制動オフから制動オンに切り替える際の磁石支持部材の旋回移動方向前端部側でかつ永久磁石と相対する側に設ける切欠き部の一例を図１（ａ）〜（ｄ）に示す。【００３６】
図１（ａ）〜（ｃ）は回転軸の軸方向に同じ横断面を有する切欠き部５ａを設けた例であり、（ａ）図は横断面が矩形状、（ｂ）図は横断面が三角形状、（ｃ）図は横断面が円弧状の例である。【００３７】
また、図１（ｄ）は回転軸の軸方向に矩形状の横断面の大きさが大きくなる切欠き部５ａを設けた例である。【００３８】
このように、ポールピース５の前記位置に設ける切欠き部５ａは、どのような形状の場合も、若干の差はあっても、図１３に示す切欠き部を設けない従来形状に比べて制動オフから制動オンへの切り替え時に必要な作動所要力が小さくなる。【００３９】
図２は、逆方向の回転により制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力を図１４（ｂ）と同じ条件で求めた結果を示した図である。このうち、（ａ）図は、図１（ａ）に示した切欠き部５ａを設けたポールピース５と、図１３に示した、切欠き部を設けないポールピース５を交互に配置した場合（図３（ａ）参照）である。また、（ｂ）図は、図１（ａ）に示した切欠き部５ａを設けたポールピース５を全周配置した場合（図３（ｂ）参照）である。【００４０】
図２（ａ）（ｂ）と図１４（ｂ）を比較すると、切欠き部を設けたポールピースを採用した場合は、制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力が、切欠き部を設けないポールピースを採用する場合に比べて小さくなっている。【００４１】
一方、図２（ａ）（ｂ）を比較した場合、切欠き部５ａを設けたポールピース５を全周配置した図２（ｂ）の方が、切欠き部５ａを設けたポールピース５と、切欠き部を設けないポールピース５を交互に配置した図２（ａ）よりも作動所要力は小さくなっている。【００４２】
しかしながら、切欠き部５ａを設けたポールピース５を全周配置した図３（ｂ）の場合は、図４に示すように、特許文献４で提案した技術に比べて、制動トルクは同等であるが、磁気漏れトルクが若干上昇する。【００４３】
これに対して、切欠き部５ａを設けたポールピース５と、切欠き部を設けないポールピース５を交互に配置した図３（ａ）の場合、制動トルクと磁気漏れトルクは、図４に示すように、特許文献４で提案した技術と同等である。【００４４】
図６は、順方向の回転により制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力を図１４（ａ）と同じ条件で求めた結果を示した図であり、切欠き部５ａを設けたポールピース５と、切欠き部を設けないポールピース５を交互に配置した場合（図５（ａ）参照）である。【００４５】
図６と図１４（ａ）を比較した場合、順方向の回転による制動オフから制動オンへの切り替えの際に必要な作動所要力も、切欠き部を設けないポールピースを採用する場合に比べて小さくなっている。【００４６】
図７（ａ）は順方向の回転により制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力を数値解析により求めた結果を示した図、（ｂ）は逆方向の回転により制動オンから制動オフに切り替える際に必要な作動所要力を数値解析により求めた結果を示した図である。【００４７】
図７（ａ）より、順方向の回転により制動オフから制動オンに切り替える際に必要な作動所要力は、数値解析したうちの最大回転数（３６００rpm）の場合における、制動オフから制動オンへの作動直後の位置で最大となることが分かる。【００４８】
一方、図７（ｂ）より、逆方向の回転により制動オンから制動オフに切り替える際に必要な作動所要力は、数値解析したうちの最少回転数（０rpm）の場合における、制動オフとなる位置で最大となることが分かる。【００４９】
発明者らは、制動オフから制動オンへの切り替え時と、制動オンから制動オフへの切り替え時の、前記最大作動所要力を、ポールピース角度α１を磁石角度α２で除した値（以下、（ポールピース角度／磁石角度）比という。図８参照）を変更して数値解析により求めた。【００５０】
また、発明者らは、最大となる、回転数が３６００rpmの場合における（図４参照）制動トルクと磁気漏れトルクも、（ポールピース角度／磁石角度）比を変更して数値解析により求めた。【００５１】
これら作動所要力、制動トルク及び磁気漏れトルクと、（ポールピース角度／磁石角度）比との関係を図９に示す。図９より、（ポールピース角度／磁石角度）比を１．０４７〜１．１３の範囲内とすれば、制動オフから制動オンへの切り替え時と、制動オンから制動オフへの切り替え時の作動所要力のバランスを取りつつ、小さな磁気漏れトルクで、制動トルクの低下を小さくできることが分かる。より望ましい（ポールピース角度／磁石角度）比は、１．０９〜１．１３である。なお、図９中の制動トルク及び磁気漏れトルクは、図４に示した３６００rpmの場合のトルク比（＝１．０）に対する比で表した。【００５２】
図２、図４、図６、図７、図９、図１４に示した結果は、永久磁石を円周方向に３２個設置した場合のものであるが、発明者らの数値解析によれば１６個〜４８個の範囲であれば、同様の傾向が得られている。【００５３】
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。【００５４】
例えば、ポールピース５に形成する切欠き部５ａは、先に説明した例のように全て同じ形状でも良いが、例えば図１（ｅ）に示すように、円周方向に向かって順に大きくなる相似形としても良い。また、図１（ｅ）に示した組み合わせを繰り返したものでも良い。【００５５】
しかしながら、作動所要力を効果的に低減しつつ、従来技術と同等の制動トルクと磁気漏れ損失トルクの実現が可能な、切欠き部を有するポールピースと、切欠き部を有さないポールピースを交互に配置するものが最良の実施形態であることは言うまでもない。【００５６】
また、上記の例は図１０に示した単列旋回方式のドラム型のリターダについて説明しているが、図１１に示すディスク型のリターダについても同様の作用効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１    回転軸
２    制動ドラム
３    永久磁石
４    磁石支持部材
５    ポールピース
６    支持体
６ａ    支持部材
７    制動ディスク
７ａ    主面
【図１】
2013147073.tif 000003
【図２】
2013147073.tif 000004
【図３】
2013147073.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013147073.tif 000007
【図６】
2013147073.tif 000008
【図７】
2013147073.tif 000009
【図８】
2013147073.tif 000010
【図９】
2013147073.tif 000011
【図１０】
2013147073.tif 000012
【図１１】
2013147073.tif 000013
【図１２】
2013147073.tif 000014
【図１３】
2013147073.tif 000015
【図１４】
2013147073.tif 000016
【国際調査報告】
2013147073.tif 000017
2013147073.tif 000018
2013147073.tif 000019
2013147073.tif 000020