(57)【要約】【課題】円筒部の幅方向の温度差を小さくすること。【解決手段】回転軸１に取り付けられた渦電流式減速装置のロータ１１である。ロータ１１の外周面に複数の冷却フィン１１ｂを設ける。冷却フィン１１ｂは、前記回転軸１方向における同一円周上で、その高さを該冷却フィン１１ａの他の部位より減少させた調整部１１ｄを有する。【効果】円筒部の幅方向温度差が小さくなって、円筒部の熱膨張の変化が回転軸方向で均一となり、歪による変形の発生を抑制でき、耐久性の向上が図れるようになる。【選択図】　　　　図１
2004040971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた渦電流式減速装置のロータであって、前記ロータの外周面に複数の冷却フィンを備え、前記冷却フィンは、前記回転軸方向における同一円周上で、その高さを該冷却フィンの他の部位より減少させた調整部を有することを特徴とする渦電流式減速装置のロータ。
【請求項２】
前記調整部が、前記ロータのアーム側端部にあることを特徴とする請求項１記載の渦電流式減速装置のロータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の渦電流式減速装置のロータを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置。
【請求項４】
ロータの円筒外周面に冷却フィンを設け、磁石と対向する位置に前記ロータを設置する渦電流式減速装置の製造方法であって、
前記ロータ円筒外周面の冷却フィン部分の該ロータの軸方向における同一円周上の一部を削除するステップを含むことを特徴とする渦電流式減速装置の製造方法。
【請求項５】
更に前記外周面から冷却フィンを削りだすステップを含むことを特徴とする請求項４記載の渦電流式減速装置の製造方法。
【請求項６】
ロータの円筒外周面に冷却フィンを設け、磁石と対向する位置に前記ロータを設置する渦電流式減速装置の製造方法であって、
冷却フィンの該ロータの軸方向における同一円周上の一部の高さが減少された形状を有するロータの鋳型を準備し、前記鋳型に金属を鋳込んでロータを形成することを特徴とする渦電流式減速装置の製造方法。
【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のロータ及びそのロータを備えた渦電流式減速装置並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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のと共に、制動停止距離を短縮することを目的として、バスやトラック等の大型自動車に、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に加えて取付けられるようになってきた渦電流式減速装置は、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、例えば図６に示すように、回転軸１に一体的に取り付けられた導電性材料で形成されたロータ２と、このロータ２に対向して支持され、ロータ２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３に一定の間隔を存して配置された永久磁石４群と、この永久磁石４群と前記ロータ２との間に、前記永久磁石４群の各永久磁石４と同じ間隔を存して介設された強磁性体のスイッチ板５群と、このスイッチ板５群の各スイッチ板５の間に介設された非磁性体の支持体６部分を備え、複数のシリンダー７のロッド７ａの出退動作によって支持リング３を介して永久磁石４がロータ２と磁気的に全面対向する制動ＯＮ（図６の上半分参照）となしたり、また、ロータ２に磁束が入って行かない磁気回路的に離脱した制動ＯＦＦ（図６の下半分参照）となしたりする形式のものがある。なお、図６中の２ａはロータ２を構成する円筒部、２ｂは同じく冷却フィン、２ｃは同じくアーム、８は永久磁石４群を配置した支持リング３の前記移動を案内するガイドロッドを示す。
【０００４】
ところで、上記構成の渦電流式減速装置では、スイッチ板５と永久磁石４が磁気的に全面対向する、いわゆる制動ＯＮの状態になると、回転するロータ２の円筒部２ａが永久磁石４からの磁界を横切る時にロータ２の円筒部２ａに生じる渦電流が熱エネルギーに変わって円筒部２ａを加熱することになる。すなわち車両の運動エネルギー（回転エネルギー）が熱エネルギーに変換されることで、車両に対して制動力が発生することになる。
【０００５】
このような渦電流式減速装置では、車両の運動エネルギーをロータ２を介して熱エネルギーに変換し、制動力を発揮しているため、使用頻度の増加に伴ってロータ２の円筒部２ａの温度が上昇して制動効率が低下したり、損傷が発生し易くなったりする。従って、円筒部２ａの外周面に多数の冷却フィン２ｂを設けてロータ２（の円筒部２ａ）の放熱性能を高め、ロータ２（の円筒部２ａ）の温度上昇を抑制するようにしている。
【０００６】
この冷却フィン２ｂは、例えば円筒部２ａの外周面に、図７に示したように、一定の角度を存して円周方向に等間隔に配設され、ロータ２の回転によりロータ２の周囲の空気が冷却フィン２ｂの一方側から流入され、他方側から排出されるという空気の流れにより、冷却フィン２ｂを介して円筒部２ａが冷却されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような冷却フィン２ｂによる冷却では、必然的に空気の流入側が流出側に対して冷却効率が良くなることから、円筒部２ａの幅方向（回転軸１方向）の温度分布が左右で異なることになる。円筒部２ａの幅方向の温度分布が左右で大きく異なると、熱膨張量の差により円筒部２ａに歪による変形が発生してひずみ量が大きくなり、長期間使用するうちに円筒部２ａに疲労亀裂が発生するようになる。
【０００８】
また、車両によっては渦電流式減速装置を搭載する方向が逆になってロータの回転方向が逆になったり、渦電流式減速装置の小型化のため、ケース内の他の部品との干渉等により、永久磁石をロータの円筒部の幅方向中心位置に配置できず、このような場合、円筒部における幅方向の温度の差が大きくなり、長期間使用するうちに円筒部に生じるひずみ量が大きくなって、円筒部に疲労亀裂が発生し、耐久性が低下することになる。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、渦電流式減速装置を搭載する方向が逆になっても、また、永久磁石をロータの円筒部の幅方向中心位置に配置できない場合であっても、更に、特に普通の使用方法、条件と異なる事のない通常の使用においても、ロータ円筒部幅方向の温度差が問題となるような場合、円筒部の幅方向温度差を小さくすることができる渦電流式減速装置のロータ及びそのロータを備えた渦電流式減速装置並びにその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【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のロータは、ロータの外周面に複数の冷却フィンを備え、前記冷却フィンは、前記ロータを取り付けた回転軸方向における同一円周上で、その高さを該冷却フィンの他の部位より減少させた調整部を有することとしている。そして、このようにすることで、円筒部の幅方向温度差を小さくすることができるようになる。
【００１１】
なお、「回転軸方向における同一円周上」とは、回転軸を中心に同一半径（直径）の円の筒状の集まりを「同一円」とし、その同一円の周りに、回転軸から外方向に広がる部分を云うものとする。また、冷却フィンにおける「高さ」とは、ロータ円筒部の最外周面を基準として、回転軸から放射状に広がる方向へのフィンの長さを云う。更に、「調整部」とは、この高さが一つのフィンに関して部分的に低くなっている部位を指すものであるが、ロータ形成後に削るなどして調整するばかりでなく、予め、低くなる部位が設けられているものも含めてよいものとする。
【００１２】
上記の本発明に係る渦電流式減速装置のロータを備えた本発明に係る渦電流式減速装置にあっては、渦電流式減速装置を搭載する方向が逆になっても、また、永久磁石をロータの円筒部の幅方向中心位置に配置できない場合であっても、更に、特に普通の使用方法、条件と異なる事のない通常の使用においても、ロータ円筒部幅方向の温度差が問題となるような場合、円筒部の幅方向温度差が小さくなって、通常の場合と同程度の耐久性を確保できるようになる。
【００１３】
そして、上記の本発明に係る渦電流式減速装置（のロータ）を製造するに際しては、ロータの冷却フィンとなる円筒外周面の一部分であり該ロータの軸方向における同一円周上の一部を削除しておいて、それから冷却フィン自体を削り出しても、先に冷却フィンを削り出してから、フィンの外周の該ロータの軸方向における同一円周上の一部分を削除しても、何れの方法でも、容易に、こまめに調整しながら自在にかつ精度良くフィンを製造することができる。また、予めフィン構造を決定しておき、フィンの該ロータの軸方向における同一円周上の一部が無い鋳型を用いてロータを製造する方法では、最も容易に低コストで製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る渦電流式減速装置のロータは、回転軸に取り付けられた渦電流式減速装置のロータであって、ロータを構成する円筒部の外周面に設けられた複数の冷却フィンの、前記回転軸方向における同一円周上の一部の高さを減少させたものである。
【００１５】
別な言い方をすれば、本発明に係る渦電流式減速装置のロータは、ロータを構成する円筒部の外周面に設けられた冷却フィンのロータ回転軸方向における同一円周上の一部（つまり調整部）の断面形状を減少させたものとも云え、調整部は、冷却フィンの回転軸方向における同一円周上の一部を高さ方向に全て削除するものに限らず、高さ方向の一部を削除するもの、或いは、矩形状に削除するものに限らず、台形状や三角形状に削除するもの等も含まれることはいうまでもない。
【００１６】
すなわち、断面形状を減少させる部分の位置、形状、大きさは、円筒部の幅方向温度差を小さくするように適宜決定するものであって、一義的に断面形状を減少させる部分の位置、形状、大きさが決定できるものではない。
従って、ロータ全体として、円筒部の幅方向温度差が小さくなるか、許容範囲内であれば、全ての冷却フィンの断面形状を減少させなくてもよい。
【００１７】
本発明に係る渦電流式減速装置のロータは、ロータを構成する円筒部の外周面に備えた冷却フィンの、前記回転軸方向における同一円周上の一部の断面形状を減少させることで、円筒部の幅方向温度差が小さくなるようにするので、円筒部の熱膨張の変化が回転軸方向でほぼ均一となり、歪による変形の発生が抑制される。
【００１８】
例えば、断面形状を減少させる回転軸方向の一部を、ロータを構成するアーム側端部とした場合には、標準形状の渦電流式減速装置を搭載する方向が正規の搭載方向と逆になった場合に、円筒部の幅方向温度差を小さくすることができる。
【００１９】
上記の本発明に係る渦電流式減速装置のロータを備えた本発明に係る渦電流式減速装置にあっては、渦電流式減速装置を搭載する方向が正規の搭載方法と逆になっても、また、永久磁石をロータの円筒部の幅方向中心位置に配置できない場合等であっても、円筒部の幅方向温度差が小さくなって、標準形状のものを正規の方向に設置した場合と同程度の耐久性が確保できるようになる。
【００２０】
上記の本発明に係る渦電流式減速装置（のロータ）を製造するに際し、冷却フィンとなる部分すなわち円筒部の外周面のロータ軸方向における同一円周上の一部を削るようにした本発明に係る渦電流式減速装置のロータ製造方法では、従来の製造工程を変更することなく、ただ削る工程を追加するだけで本発明に係る渦電流式減速装置のロータを製造できるようになり、従来の作業順序や作業工程を変更することがなく、作業者の負担が軽減されて、作業能率も良くなる。また、予めフィン構造を決定しておき、フィンの該ロータの軸方向における同一円周上の一部が無い鋳型を用いてロータを製造する方法では、最も容易に低コストで製造することができる。
【００２１】
本発明に係る渦電流式減速装置のロータ製造方法において、円筒部の外周面に冷却フィンを設ける方法としては、溶接、鋳込み、削り出しといった方法が採用される。鋳込みの場合、特に容易で低コスト化が可能になる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明に係る渦電流式減速装置のロータの一例を図１及び図２に示す実施例に基づいて説明し、このロータの本発明に係る製造方法の説明に及ぶ。
図１は渦電流式減速装置を搭載する方向が正規の搭載方向と逆になった場合に最適な本発明に係る渦電流式減速装置のロータの説明図、図２は図１の他の態様を示した図で、（ａ）は高さ方向の一部を削ったもの、（ｂ）は三角形状に削ったものを示した図である。
【００２３】
図１において、１１ｂは本発明に係る渦電流式減速装置のロータ１１を構成する冷却フィンであり、正規の方向に渦電流式減速装置を搭載した場合に、ロータ１１を構成するアーム１１ｃと反対側から空気が流入するよう、円筒部１１ａの外周面に、図７に示したように、回転方向に向かって見た場合にアーム１１ｃ側に上り勾配となるよう、例えば４５°傾斜させて設けられている。
【００２４】
そして、本発明に係る渦電流式減速装置のロータ１１にあっては、同一円周上における冷却フィン１１ｂの、同じ部位（例えばアーム１１ｃ側の端部）を、同一形状に高さ方向に全部削り取って、他の削り取らない部位の高さＨよりも減少させた調整部１１ｄを、各冷却フィン１１ｂ全てに設けている。
【００２５】
このように、冷却フィン１１ｂにおけるアーム１１ｃ側の端部を削り取った本発明に係るロータ１１を備えた本発明に係る渦電流式減速装置を、設置スペース又は搭載車両等の関係で正規と逆方向に搭載した場合には、アーム１１ｃ側から空気が流入することになるが、このような場合にも、本発明では、冷却フィン１１ｂにおけるアーム１１ｃ側の端部を削り取ることで、アーム１１ｃ側の冷却能が抑えられ、アーム１１ｃ側が過冷却となって円筒部１１ａの幅方向温度差を小さくすることができる。
【００２６】
ちなみに、本発明の効果を確認するためにＦＥＭ解析を行った結果について説明する。
解析は、以下の条件で、以下の表１に示した場合について、ロータの円筒部の最高温部が１００℃から６５０℃の間を繰返す熱負荷耐久試験と、同じ熱負荷を与えた時の円筒部各部の温度変化を非定常伝熱解析によって求め、この伝熱解析によって得た温度分布にて弾塑性クリープ解析を行い、発生するひずみを評価することにより行った。
【００２７】
解析条件
ロータの回転数：１８００ｒｐｍ
雰囲気温度　　：５０℃一定
モデル形状　　：冷却フィン１枚分のロータの１／７０をモデル化
【００２８】
【表１】
2004040971.tif 000003
【００２９】
渦電流式減速装置の引きずり制動によって、円筒部の最高温部が６５０℃に到達した際の円筒部幅方向における内周面の温度分布を図４に示す。
正規の方向に渦電流式減速装置を搭載した場合に、ロータ２を構成するアーム２ｃと反対側から空気が流入するよう、円筒部２ａの外周面に、図７に示したように、回転方向に向かって見た場合にアーム２ｃ側に上り勾配となるよう、４５°傾斜させて設けた冷却フィン２ｂを備えたロータ２を正回転したＮｏ．１のモデル（図３参照）では、図４に細い実線と◆印で示したように、円筒部の幅方向ほぼ中央部（横軸の０．５の位置）が最高温度となり、幅方向でおよそ５０〜６０℃程度の温度差がある。
【００３０】
一方、図３に示したロータ２を逆方向に回転したＮｏ．２のモデルでは、図４に破線と■印で示したように、円筒部の幅方向における温度分布は全く異なり、アームが低温となり、高温部と低温部の温度差は１００℃以上にも達した。
【００３１】
これに対して、図１に示したように、冷却フィン１１ｂのアーム１１ｃ側の端部を高さ方向に全部削り取ったＮｏ．３，４のモデルでは、図４に太い実線と▲印、■印で示したように、ロータ１１を逆方向に回転した場合にも、アーム側の温度低下が抑制され、高温部と低温部の温度差も、Ｎｏ．３のモデルでは８０℃以下に、Ｎｏ．４のモデルでは５５℃以下に抑制できた。
【００３２】
次に、上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のモデルについてＦＥＭによって求めた非弾性ひずみ変動幅Δεｉｎ（％）と亀裂発生寿命Ｎｆ　（サイクル）の評価結果を上記表１に併せて示す。
実際の耐久試験（繰り返し熱負荷２００００回）によって、耐久性に問題がないことを確認しているＮｏ．１のモデルでは、１７１８０サイクルで円筒部の内面に微小亀裂が発生するのに対し、これと同形状で回転方向のみ逆になるＮｏ．２のモデルでは、Ｎｏ．１のモデルの約５０％のサイクルで微小亀裂が発生するという結果が得られた。
【００３３】
これに対して、Ｎｏ．３，４のモデルでは、逆方向に回転した場合であっても、円筒部幅方向における高温部と低温部の温度差がＮｏ．２のモデルと比較して大幅に抑制できるので、Ｎｏ．３のモデルでは約６３％のサイクルで、また、Ｎｏ．４のモデルでは約１０１％のサイクルで微小亀裂が発生するという結果が得られた。
【００３４】
上記の結果、Ｎｏ．４のモデルが一番良好な結果が得られたが、冷却フィンを２０ｍｍ切除することによって、ロータの冷却性能への影響が懸念されることから、このＮｏ．４のモデルと、標準形状のＮｏ．１のモデルの冷却性能を比較した。
【００３５】
その結果を図５及び下記表２に示すが、冷却フィンを２０ｍｍ切除したＮｏ．４のモデルは、Ｎｏ．１のモデルと比較して僅かに冷却性能が低下し、冷却所要時間が長くなるが、その低下率（冷却所要時間費）は数％程度であることから、実用上全く問題ないと考えることができる。
【００３６】
【表２】
2004040971.tif 000004
【００３７】
ところで、切除する冷却フィン１１ｂの回転軸方向における同一円周上の調整部は、図１に示したように、その一部を高さ方向に全て切除する部位を有するものに限らず、図２（ａ）に示したように、高さ方向の一部を切除したものでも良い。また、図１や図２（ａ）に示したように、矩形状に近い形に切除するものに限らず、図２（ｂ）に示すように三角形状に切除するもの、或いは図示省略したが台形状等に切除するものであっても良い。
【００３８】
更に、図１に示した実施例では標準形状の渦電流式減速装置を逆の方向に搭載した場合の例を示したものであることから、アーム１１ｃ側端部を切除したものを示したが、例えば永久磁石をロータ１１の円筒部１１ａの幅方向中心位置に配置できない場合には、永久磁石の配置位置によって切除する位置も異なることは言うまでもない。
【００３９】
すなわち、本発明においては、冷却フィン１１ｂにおける断面形状を切除する部分の位置、形状、大きさは、円筒部１１ａの幅方向の温度差が大きく異ならないように適宜決定するものである。
従って、ロータ１１全体として、円筒部の幅方向の温度の差が元々小さいのであれば、全ての冷却フィン１１ｂの断面形状を削除しなくてもよい。
【００４０】
ところで、上記の本発明に係る渦電流式減速装置のロータ１１を製造するに際しては、標準型のロータフィンの通常の削り出し又は溶接製法による場合は、円周方向の断面形状を減少させる切削工程を冷却フィンを形成又は溶接する前又は後に設けることにより、標準型ロータの製造工程を変更することなく、ただフィンを削る工程を追加するだけで、本発明に係る渦電流式減速装置のロータ１１の製造が可能になって、従来の作業順序や作業工程を変更することがないことから作業者の負担が軽減されて、作業能率も良くなる。ちなみに、溶接によってフィンを設けるものであれば、標準型のロータ用のフィン部品と本発明に係るロータのフィン部品を共通化することができるので、更に製造コストを低減することが可能になる。
【００４１】
また、鋳込みによってフィンを設けるものであれば、標準型のロータ用の鋳型と本発明に係る鋳型とを共通化した場合は、後でフィンを削る工程を追加するだけでよく、予め円周方向の断面形状を減少させたフィン形状としておくと切削工程をも省略することが可能となり、さらなる製造コストの低減が可能となる。
【００４２】
以上の本発明は、図６で説明した軸方向移動式の渦電流式減速装置に限るものではなく、円筒状のロータを適用するものであれば、単列旋回式や複列旋回式の渦電流式減速装置、或いは、電磁石を使用したものにも適用可能であることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る渦電流式減速装置のロータでは、ロータの外周面に設けた複数の冷却フィンに、回転軸方向における同一円周上で、その高さを該冷却フィンの他の部位より減少させた調整部を有することで、円筒部の幅方向の温度差を小さくすることができるので、円筒部の熱膨張の変化が回転軸方向で均一となり、歪による変形の発生を抑制でき、耐久性の向上が図れるようになる。
【００４４】
また、本発明に係る上記ロータを製造するに際し、冷却フィンとなる部分すなわち円筒部の外周面のロータ軸方向における同一円周上の一部を削るようにした場合には、従来の作業順序や作業工程を変更することがなく、作業者の負担が軽減されて、作業能率も良くなる。
【００４５】
また、本発明に係る上記ロータを備えた渦電流式減速装置にあっては、渦電流式減速装置を搭載する方向が逆になっても、また、永久磁石をロータの円筒部の幅方向中心位置に配置できない場合であっても、更に、特に普通の使用方法、条件と異なる事のない通常の使用においても、ロータ円筒部幅方向の温度差が問題となるような場合、標準形状のモデルを正規の方向に設置した場合と同程度の耐久性が確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】渦電流式減速装置を搭載する方向が正規の方向と逆になった場合に最適な本発明に係る渦電流式減速装置のロータの説明図である。
【図２】図１の他の態様を示した図で、（ａ）は高さ方向の一部を削ったもの、（ｂ）は三角形状に削ったものを示した図である。
【図３】冷却フィンの回転軸方向の一部の断面形状を減少させない従来の渦電流式減速装置のロータを示した図である。
【図４】本発明に係る渦電流式減速装置のロータの効果を説明する図で、回転軸方向の円筒部の温度分布の一例を示した図である。
【図５】ロータの円筒部を６５０℃から冷却した場合の温度変化を示した図である。
【図６】従来の渦電流式減速装置の一例を示した図である。
【図７】従来の渦電流式減速装置における冷却フィンによる空気の流れを説明する図である。
【符号の説明】
１　　　　回転軸
１１　　　ロータ
１１ａ　　円筒部
１１ｂ　　冷却フィン
１１ｃ　　アーム
１１ｄ　　調整部
【図１】
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【図２】
2004040971.tif 000006
【図３】
2004040971.tif 000007
【図４】
2004040971.tif 000008
【図５】
2004040971.tif 000009
【図６】
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【図７】
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