(57)【要約】【課題】渦電流により回転軸を制動させつつ、発電することができる渦電流減速装置を提供する。【解決手段】回転軸に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体と、該環状体に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられた複数の鉄心と、これら鉄心に巻回された導電性コイルと、上記環状体の径方向内側または外側に位置させて固定側に設けられたリング状のヨークと、該ヨークに、その周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が上記環状体の各鉄心に対向するよう設けられた複数の永久磁石と、上記回転軸に、上記環状体と上記ヨークとの間に位置させて設けられた非磁性を有する導体からなるリング状のロータと、該ロータに、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石に各々対向するよう設けられた磁性体からなる複数のポールピースとを備えたものである。【選択図】図１
2008017579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体と、
該環状体に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられた複数の鉄心と、
これら鉄心に巻回された導電性コイルと、
上記環状体の径方向内側または外側に位置させて固定側に設けられたリング状のヨークと、
該ヨークに、その周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が上記環状体の各鉄心に対向するよう設けられた複数の永久磁石と、
上記回転軸に、上記環状体と上記ヨークとの間に位置させて設けられた非磁性を有する導体からなるリング状のロータと、
該ロータに、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石に各々対向するよう設けられた磁性体からなる複数のポールピースとを備え、
上記回転軸が回転する際に、上記ロータの非磁性体部分に渦電流を生起させて上記回転軸を減速させると共に、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石の間に、上記ロータのポールピースまたは非磁性体部分を位置させ磁束の量を増減させることで、上記環状体のコイルに起電力を発生させて発電するように構成したことを特徴とする渦電流減速装置。
【請求項２】
回転軸に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体と、
該環状体に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられた複数の鉄心と、
これら鉄心に巻回された導電性コイルと、
上記環状体に対して軸方向に並べて固定側に設けられたリング状のヨークと、
該ヨークに、その周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が上記環状体の各鉄心に対向するよう設けられた複数の永久磁石と、
上記回転軸に、上記環状体と上記ヨークとの間に位置させて設けられた非磁性を有する導体からなるリング状のロータと、
該ロータに、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石に各々対向するよう設けられた磁性体からなる複数のポールピースとを備え、
上記回転軸が回転する際に、上記ロータの非磁性体部分に渦電流を生起させて上記回転軸を減速させると共に、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石の間に、上記ロータのポールピースまたは非磁性体部分を位置させ磁束の量を増減させることで、上記環状体のコイルに起電力を発生させて発電するように構成したことを特徴とする渦電流減速装置。
【請求項３】
上記ロータのポールピースが、上記環状体の鉄心と同数設けられた請求項１または２記載の渦電流減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流により回転軸を制動可能な渦電流減速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、渦電流を用いた渦電流ブレーキ（渦電流減速装置）が知られている。
【０００３】
図７に示すように、渦電流ブレーキは、磁石８１および導体（ロータ）８２の相互運動により発生する渦電流８３と、磁石８１からの磁界８４との相互作用により発生する制動力８５を利用して、導体を減速するようにしている。ここで、磁界８４を発生するための磁石８１には、永久磁石と電磁石とがある。
【０００４】
この図７の原理を用いた渦電流ブレーキを自動車用ブレーキの補助ブレーキとして利用したものに図８のようなリターダがある。
【０００５】
図８に示すように、リターダ９１のステータ９２は磁石９３を保護するのためアルミでケーシングされており、その分のエアギャップ増大による磁束の低下を抑制するために、ポールピース（Ｐ／Ｐ）９４と呼ばれる磁性材（鉄材）が取り付けられている。
【０００６】
このようなリターダの制動・非制動を切り替えるＯＮ−ＯＦＦ機構として、図９に示すように、磁石１０１が固定されたヨーク１０２をエアシリンダ（図示せず）などで回転軸方向にスライドさせるスライドスイッチング機構１０６が、例えば、特許文献１にて提案されている。
【０００７】
この図９の機構では、磁石１０１がケーシング１０３内のポールピース（Ｐ／Ｐ）１０４に対向するよう磁石１０１を軸方向に移動させ、ポールピース（Ｐ／Ｐ）１０４を介して、磁石１０１とロータ（図示せず）とで磁気回路を形成することで、制動側（ＯＮ）に切り替えるようにしている。
【０００８】
また、図１０に示すように、複数の磁石１１１が周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう固定されたヨーク１１２を、軸方向に並べて２列配置し、片方のヨーク１１２をエアシリンダ（図示せず）などで周方向に回動させる回転スイッチング機構１１７が、例えば、特許文献２にて提案されている。
【０００９】
この図１０の機構では、隣接する列の磁石の磁極が異なるよう一方のヨーク１１２を回動させて、ケーシング１１４内のポールピース（Ｐ／Ｐ）１１５内で閉回路を作り、ロータ（図示せず）に磁束を通さないことで、非制動側（ＯＦＦ）に切り替えるようにしている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９１２２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２９１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したリターダ８１は、渦電流損失により制動力を得るため、制動エネルギーを全て熱として大気中に放出してしまい、エネルギーの有効利用が十分に図れないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、渦電流により回転軸を制動させつつ、発電可能な渦電流減速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、回転軸に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体と、該環状体に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられた複数の鉄心と、これら鉄心に巻回された導電性コイルと、上記環状体の径方向内側または外側に位置させて固定側に設けられたリング状のヨークと、該ヨークに、その周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が上記環状体の各鉄心に対向するよう設けられた複数の永久磁石と、上記回転軸に、上記環状体と上記ヨークとの間に位置させて設けられた非磁性を有する導体からなるリング状のロータと、該ロータに、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石に各々対向するよう設けられた磁性体からなる複数のポールピースとを備え、上記回転軸が回転する際に、上記ロータの非磁性体部分に渦電流を生起させて上記回転軸を減速させると共に、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石の間に、上記ロータのポールピースまたは非磁性体部分を位置させ磁束の量を増減させることで、上記環状体のコイルに起電力を発生させて発電するように構成したものである。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、回転軸に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体と、該環状体に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられた複数の鉄心と、これら鉄心に巻回された導電性コイルと、上記環状体に対して軸方向に並べて固定側に設けられたリング状のヨークと、該ヨークに、その周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が上記環状体の各鉄心に対向するよう設けられた複数の永久磁石と、上記回転軸に、上記環状体と上記ヨークとの間に位置させて設けられた非磁性を有する導体からなるリング状のロータと、該ロータに、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石に各々対向するよう設けられた磁性体からなる複数のポールピースとを備え、上記回転軸が回転する際に、上記ロータの非磁性体部分に渦電流を生起させて上記回転軸を減速させると共に、上記環状体の鉄心および上記ヨークの永久磁石の間に、上記ロータのポールピースまたは非磁性体部分を位置させ磁束の量を増減させることで、上記環状体のコイルに起電力を発生させて発電するように構成したものである。
【００１５】
好ましくは、上記ロータのポールピースが、上記環状体の鉄心と同数設けられたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、渦電流により回転軸を制動させつつ、発電することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
本実施形態の渦電流減速装置は、例えば車両の補助ブレーキとして使用するものであり、車両の変速機の出力軸（以下、回転軸）に制動力を付与するように構成される。
【００１９】
まず、図１から図３に基づき渦電流減速装置の概略構造を説明する。
【００２０】
図１から図３に示すように、本実施形態の渦電流減速装置１は、回転軸２と、その回転軸２に対して同芯的に位置させて固定側に設けられた環状体３と、その環状体３の径方向内側に位置させて固定側に設けられたリング状のヨーク４と、環状体３と上記ヨーク４との間に位置させて、回転軸２に設けられたリング状のロータ５とを備える。環状体３とヨーク４とロータ５とは、基本的に制動時は、回転軸２に対して同芯的に、かつ同一の軸方向位置に配置される。
【００２１】
環状体３は、図示しないケーシングに取り付けられる。環状体３は、磁性体からなる。
【００２２】
その環状体３には、周方向に沿って所定の間隔で複数（図例では１２極、図１および図２では４極のみ示す）の鉄心（以下、コイル鉄心という）３１と、これらコイル鉄心３１に巻回されたコイル３２（導電性コイル）とが設けられる。
【００２３】
具体的には、コイル鉄心３１は、環状体３の内周面に沿って等間隔で形成され、内周面から径方向内側に突出する。コイル３２は、例えば、一本の電線にて全てのコイル鉄心３１を巻回してなり、そのコイル３２は、車両のバッテリなどに接続される。
【００２４】
ヨーク４は、回転軸２に対して同芯的に位置させて、図示しないケーシングに取り付けらる。ヨーク４は、例えば、低炭素鋼などの磁性体からなる。
【００２５】
そのヨーク４には、複数（図例では１２極、図１および図２では４極のみ示す）の永久磁石４１が、周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう、かつ各磁極が環状体３の各コイル鉄心３１に対向するよう設けられる。
【００２６】
具体的には、永久磁石４１は、一方の磁極を径方向外側（鉄心側）に向けて突出するよう、かつ他方の磁極がヨーク４の外周面に当接するよう、ヨーク４に等間隔で取り付けられる。本実施形態では、永久磁石４１は、コイル鉄心３１と同数設けられ、各コイル鉄心３１に対応する周方向位置に配置、固定される。
【００２７】
また、本実施形態では、ヨーク４および永久磁石４１を、回転軸２の軸方向に沿って往復動させるためのスイッチング装置が設けられる。
【００２８】
そのスイッチング装置は、ヨーク４の内周面に摺接してヨーク４を軸方向移動可能に支持するヨーク支持材４２１と、ヨーク４の軸方向の一端部に取り付けられ、軸方向に伸縮可能なエアシリンダ（図示せず）とを備え、そのエアシリンダを伸縮させて、永久磁石４１がコイル鉄心３１と対向する位置（略同じ軸方向位置）（制動ＯＮ位置）と、コイル鉄心３１に対して軸方向に離間した位置（制動ＯＦＦ位置）とで、ヨーク４の位置を切り替える。
【００２９】
ロータ５は、環状体３およびヨーク４に対して、径方向に所定の隙間を隔てて配置され、図示しない支持材（例えば、スポーク状の支持材）にて回転軸２に取り付けられる。ロータ５と、環状体３およびヨーク４の隙間は、例えば、永久磁石４１の磁力などを考慮して設定される。
【００３０】
ロータ５は、非磁性を有する導体からなる。具体的には、ロータ５の材料は、回転に耐えうる強度を持ち、かつ渦電流が発生しやすいよう電気抵抗の小さい材料（良導電体）が使用される。ロータ５の非磁性材料として、例えば、銅やアルミニウムなどが考えられる。
【００３１】
そのロータ５には、磁性材料（磁性体）（例えば、鉄など）からなる複数のポールピース５１が設けられる。
【００３２】
ポールピース５１は、ロータ５内に周方向に等間隔で埋め込まれ、環状体３のコイル鉄心３１およびヨーク４の永久磁石４１に各々対向するよう設けられる。また、ロータ５のポールピース５１間には、ロータ５自身を構成する非磁性材料からなる非磁性体部分５２が位置する。
【００３３】
本実施形態では、ロータ５のポールピース５１が、環状体３のコイル鉄心３１（およびヨーク４の永久磁石４１）と同数設けられる。
【００３４】
ポールピース５１の磁性材料は、できるだけ永久磁石４１の磁束がコイル鉄心３１を通過するよう透磁率の高い材料が望ましく、かつ、渦電流が発生しにくいように電気抵抗の大きな材料（絶縁体や半導体など）が好ましい。例えば、ポールピース５１の磁性材料としては、積層鋼板などが考えられる。
【００３５】
詳しくは後述するが、制動時に、回転軸２（ロータ５）の回転により、環状体３のコイル鉄心３１およびヨーク４の永久磁石４１の間に、ロータ５のポールピース５１または非磁性体部分５２が交互に位置し、磁束の量が増減することで、環状体３のコイル３２に起電力が発生し発電が行われる。
【００３６】
次に、本実施形態の渦電流減速装置１の作用を説明する。
【００３７】
まず、図１、図２、図４および図５に基づき、コイル鉄心３１、ポールピース５１、および永久磁石４１間に形成される磁気回路について説明する。なお、図４および図５は、永久磁石および発電コイルが８極である回転発動機を、直線モデルにて模式的に示す。
【００３８】
図１および図４に示すように、ロータ５のポールピース５１が、環状体３のコイル鉄心３１およびヨーク４の永久磁石４１と同じ周方向位置に位置するときは、永久磁石４１のＮ極からポールピース５１、コイル鉄心３１を通り、さらにヨーク４、隣接するコイル鉄心３１、ポールピース５１、永久磁石４１のＳ極に至る磁気回路Ｃ１が形成される。このとき、コイル鉄心３１を通る磁束は最大となる。
【００３９】
この図１の位置からロータ５が回転すると、ポールピース５１を通過してコイル鉄心３１を通る磁束の量が徐々に減少する。
【００４０】
図２および図５に示すように、ロータ５の非磁性体部分５２が、環状体３のコイル鉄心３１およびヨーク４の永久磁石４１と同じ周方向位置に位置するときは、その非磁性体部分５２により、永久磁石４１からコイル鉄心３１への磁束が遮断され、永久磁石４１のＮ極から、ポールピース５１を通り隣接する永久磁石４１のＳ極に至る磁気回路Ｃ２が形成される。このとき、コイル鉄心３１を通る磁束は最小（ほぼ０）となる。
【００４１】
この図２の位置からロータ５が回転すると、ポールピース５１を通過してコイル鉄心３１を通る磁束の量が徐々に増大する。
【００４２】
以上のように本実施形態では、回転軸２およびロータ５を回転させ、コイル鉄心３１へ進入する磁束の量を増減させコイル３２に起電力を発生させる。
【００４３】
次に、図６に基づき、回転軸２（ロータ５）の回転角と、コイル３２の電圧およびコイル鉄心３１内の磁束との関係を説明する。
【００４４】
図６は、一例として、極数が１２の渦電流減速装置１におけるロータ５の回転角によるコイル鉄心３１内の磁束（図６において、破線Ｍで示す）および起電力（電圧）（図６において、実線Ｅで示す）の変化を示す。ここで、ポールピース５１が、コイル鉄心３１および永久磁石４１と同じ周方向位置に位置するときの回転角を、０度とし、６０度までを示す。
【００４５】
図６に示すように、ポールピース５１が、コイル鉄心３１および永久磁石４１と同じ周方向位置に位置する回転角０、３０および６０度（図６において、符号Ｈで示す）では、コイル鉄心３１内の磁束が最大となる。
【００４６】
一方、ポールピース５１が、極（永久磁石４１）の中間位置に位置する回転角１５、４５度（図６において、符号Ｌで示す）では、コイル鉄心３１内の磁束が最小となる。
【００４７】
以上のように、回転角によりコイル鉄心３１内の磁束が変化し、その変化量に見合った起電力がコイル３２に発生して発電が行われる。
【００４８】
次に、回転軸２の制動について説明する。
【００４９】
本実施形態では、ロータ５の非磁性体部分５２を、非磁性を有する導体から形成しているので、ロータ５は、回転により磁気回路Ｃ１を横切って移動することになり、非磁性体部分５２内に渦電流が発生する。その渦電流と磁気回路Ｃ１により、ロータ５に回転方向と反対方向の力が働き、回転軸２が制動される。
【００５０】
なお、制動力が不要な場合、上述したスイッチング装置により、永久磁石４１をコイル鉄心３１から離間させることで、ロータ５に進入する磁束（永久磁石４１およびコイル鉄心３１間の磁束）を減らし、制動力を低下させることができる。
【００５１】
このように本実施形態では、ロータ５が回転する際に、永久磁石４１から発生している磁束の外周側をロータ５が回転するため、非磁性の良導電体部（非磁性体部分５２）にて渦電流が発生し制動力を得ることができ、かつコイル鉄心３１内の磁束が変化するため、発電することができる。
【００５２】
つまり、本実施形態では、配置された磁石を利用し、発電機能を有した渦電流式制動装置を得ることができる。
【００５３】
その結果、制動エネルギーを全て熱として大気中に放出してしまうことなく、制動エネルギーの一部にて発電することができるので、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００５４】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００５５】
例えば、上述の実施形態では、ロータ５、７に対して径方向の外周側に環状体３（コイル鉄心３１およびコイル３２）、内周側にヨーク４（永久磁石４１）を各々配置したが、環状体３とヨーク４の配置は内外周を反対にしてもよい。
【００５６】
また、回転軸方向に、順に、ヨーク（磁石）、ロータ（ポールピース）および環状体（コイル鉄心およびコイル）を配置するようにしてもよい。
【００５７】
すなわち、環状体に対して軸方向に並べて、リング状のヨークを固定側に設け、それら環状体とヨークとの間に位置させて、非磁性体からなる（或いは、非磁性を有する導体からなる）リング状のロータを回転軸に設けるようにしてもよい。このとき、環状体、ヨークおよびロータは、略同径のリング状に形成することが好ましい。
【００５８】
また、スイッチング装置は、上述したヨーク４を軸方向に移動するものに限定されず、例えば、図１０に示すように、複数の磁石１０１が周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互になるよう固定されたヨーク１０２を、軸方向に２列配置し、片方のヨーク１０２をエアシリンダ（図示せず）などで周方向に回動させる回転スイッチング機構１１７のようなものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態による渦電流減速装置の断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の渦電流減速装置の断面図であり、図１からロータが所定角度回転した状態を示す。
【図３】図３は、本実施形態の渦電流減速装置の部分斜視図である。
【図４】図４は、本実施形態の渦電流減速装置の作用を説明するための直線モデル図である。
【図５】図５は、本実施形態の渦電流減速装置の作用を説明するための直線モデル図であり、図４からロータが所定角度回転した状態を示す。
【図６】図６は、ロータの回転角と、鉄心内の磁束およびコイルの電圧の関係を説明する図である。
【図７】図７は、渦電流による制動力を説明するための図である。
【図８】図８は、従来の渦電流減速装置を示す。
【図９】図９は、従来の渦電流減速装置を示す。
【図１０】図１０は、従来の渦電流減速装置を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１  渦電流減速装置
２  回転軸
３  環状体
３１  鉄心（コイル鉄心）
３２  コイル
４  ヨーク
４１  永久磁石
５  ロータ
５１  ポールピース
５２  非磁性体部分
【図１】
2008017579.tif 000003
【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】
2008017579.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008017579.tif 000011
【図１０】
2008017579.tif 000012