(57)【要約】【課題】  ロータの円筒部とロータを支持する側板を一体構造としたドラム式渦電流式減速装置の側板に設ける風孔等の形状を、耐久性向上の観点から最適化すること。【解決手段】  円周方向に複数の風孔１ｃａを設けた側板１ｃによって回転軸７に連結された円筒型ロータ１の回転を、前記ロータ１の内周面側に設けられたステータ２の永久磁石３からの磁界によって減速するドラム式の渦電流式減速装置である。少なくとも前記一つの風孔１ｃａにおける前記側板１ｃの円周方向の少なくとも一側面部に第１直線部１１を設け、この第１直線部１１と前記風孔１ｃａの内外周部を夫々曲線部１２を介して連続させる。【効果】  長期間使用した場合に発生し易い風孔周りの疲労亀裂を効果的に抑制でき、耐久性に優れる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に複数の風孔を設けた側板によって回転軸に連結された円筒型ロータの回転を、前記ロータの内周面側に設けられたステータの磁石からの磁界によって減速するドラム式の渦電流式減速装置であって、
少なくとも前記一つの風孔における前記側板の円周方向の少なくとも一側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と前記風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させたことを特徴とする渦電流式減速装置。
【請求項２】
隣接する風孔間に形成された支持部の、側板の円周方向の幅が一定となるように、隣接する風孔の前記第１直線部を平行としたことを特徴とする請求項１記載の渦電流式減速装置。
【請求項３】
前記風孔の、内周側部或いは外周側部の少なくともどちらか一方に、第２直線部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
【請求項４】
前記風孔の、内周側部及び外周側部に第２直線部を設け、これら第２直線部が平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
【請求項５】
前記風孔の、内周側部或いは外周側部の少なくともどちらか一方を、前記ロータの回転中心を中心とする円弧部としたことを特徴とする請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
【請求項６】
前記風孔の、内周側部及び外周側部のどちらか一方に第２直線部を設け、他方の外周側部或いは内周側部を前記ロータの回転中心を中心とする円弧部としたことを特徴とする請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
【請求項７】
前記側板を、前記ロータの円筒部と反対側に湾曲させたことを特徴とする請求項１〜６の何れか記載の渦電流式減速装置。
【請求項８】
隣接する前記風孔間に形成された支持部の、側板の半径方向の中心が、側板の固定部とロータの円筒部の内周面間との距離の中心線位置より外周側に位置していることを特徴とする請求項１〜７の何れか記載の渦電流式減速装置。
【請求項９】
少なくとも前記風孔の一部が、前記ステータの側面と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか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、主ブレーキの補助用としてトラックやバス等の大型自動車に搭載される渦電流式減速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、渦電流式減速装置に求められる機能は多様化し、長期間使用した場合でも、安定した制動力が確保できる耐久性に優れた装置が望まれる一方、装置の低コスト化が望まれ、装置の耐久性を確保しつつ簡易構造化した装置が必要とされている。
【０００３】
このうち、円筒型ロータを有するドラム式の渦電流式減速装置の簡易構造化に関して、ロータの円筒部とロータを支持する側板を一体構造とする技術を本出願人は提案している。
【特許文献１】特開平１１−３０８８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、磁石は、電磁石、永久磁石を問わず、一般的に高温になると磁力が低下し、渦電流式減速装置の制動力が低下するため、例えば側板に円形の風孔を設け、ステータ周囲の空気の対流を促すことにより円筒部と側板で囲まれた部位に配置される磁石を冷却するようにしている。また、この風孔は、ロータの軽量化に伴う車両走行時（渦電流式減速装置の制動ＯＦＦ時）の燃費向上にも役立つ。
【０００５】
本発明は、前記ロータの円筒部とロータを支持する側板を一体構造としたドラム式渦電流式減速装置の側板に設ける風孔等の形状を、耐久性向上の観点から最適化することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、円周方向に複数の風孔を設けた側板によって回転軸に連結された円筒型ロータの回転を、前記ロータの内周面側に設けられたステータの磁石からの磁界によって減速するドラム式の渦電流式減速装置の、少なくとも前記一つの風孔における前記側板の円周方向の少なくとも一側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と前記風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の渦電流式減速装置は、少なくとも一つの風孔における側板の円周方向の少なくとも一側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と前記風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させたため、長期間使用した場合に発生し易い風孔周りの疲労亀裂を効果的に抑制でき、耐久性に優れるという利点がある。また、側板の円周方向に複数の風孔を設けることは、ロータの軽量化はもとより、永久磁石の温度低下すなわちロータの円筒部の熱膨張に対して効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
渦電流式減速装置の制動ＯＮ時、ロータの円筒部はジュール熱が発生するために熱膨張し、径が大きくなる。このとき、ロータの円筒部とロータを支持する側板を一体構造とした渦電流式減速装置では、側板の外周側は円筒部と結合されていることから、円筒部の径が大きくなる方向への負荷が加わる一方、側板の内周部は回転軸と結合するための支持部材に固定されているために変形が拘束され、側板には半径方向及び円周方向の応力・歪が生じる。
【０００９】
この風孔が円形の場合、隣接する風孔間に形成された支持部の両側面が円弧になり、図７に示したように、支持部１ｃｂの幅は、側板１ｃの半径方向の中央部が最も狭く、内周側及び外周側になるに従って幅が広くなる。
【００１０】
このような円形の風孔を設けた場合、制動時に円筒部が熱膨張すると、支持部の幅が最も狭くなる断面に応力・歪が集中し、制動ＯＮ／ＯＦＦの繰り返されるような苛酷な使用条件下では前記支持部の幅が最も狭くなる断面に疲労亀裂が発生する可能性があることが、シミュレーションによって判明した。
【００１１】
更に、側板に円周方向の応力・歪が繰り返し負荷されると、円形の風孔では風孔の内周側側面及び外周側側面に応力・歪が集中し、使用条件によってはこの部位にも疲労亀裂が発生する可能性があることもシミュレーションによって判明した。このように、一般に、大きな応力・歪が繰り返し負荷されるほど疲労亀裂の発生寿命は短いものとなっている。
【００１２】
本発明者らは、このような観点から、種々の研究を行い、理論解析を行なった結果、前記支持部の側面、すなわち、風孔における側板の円周方向の少なくとも一側面部に直線部を設けると、局部的に支持部の幅が狭くなる部分がなくなるため、応力・歪の集中を緩和できることを知見した。これは、風孔が円形の場合は支持部の半径方向中央部に応力・歪が集中するのに対し、直線部を設けると応力・歪が集中せずに分散されて疲労亀裂の発生を抑制できると考えられるためである。
【００１３】
このように、ロータの円筒部と側板を一体構造とした渦電流式減速装置において、ロータの耐久性を向上するためには、風孔の形状の適正化が重要であることを確認し、本発明を完成させた。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は磁石に永久磁石を使用した本発明の渦電流式減速装置の一例を示した装置の上半分の断面図である。
渦電流式減速装置は、ロータ１とステータ２で構成され、このうちのステータ２は、永久磁石３を備える支持リング４と、強磁性体で構成されたポールピース５を備え、車両の固定部（トランスミッションのリヤケース等）に固定される。
【００１５】
そして、前記永久磁石３は、例えば支持リング４の円周方向に、隣接する永久磁石３の磁極面の磁極が互いに反対になるように、等間隔で一列に配置される。
また、前記支持リング４は、永久磁石３の半配列ピッチ分だけ円周方向に回動できるように設けられ、永久磁石３と等配列ピッチでケース６に固定される前記ポールピース５と永久磁石３の磁極面が正対する位置になれば、後述のようにロータ１に制動力が働き（制動ＯＮの状態）、永久磁石３の磁極面が隣接するポールピース５の中間位置（１つのポールピース５が隣接する２つの永久磁石３を跨ぐ位置）になれば、ロータ１に制動力が働かない（制動ＯＦＦの状態）。なお、この制動切り替えの為の支持リング４の回動は、例えばエアーシリンダ等で行われる。
【００１６】
一方、前記ロータ１は、円筒部１ａと、この円筒部１ａを冷却するためのフィン１ｂと、前記円筒部１ａを支持して円筒部１ａに発生する制動力を車両の回転軸７に伝達する側板１ｃとで一体的に構成されている。
【００１７】
そして、制動ＯＮの状態では、永久磁石３から発する磁束を横切ってロータ１の円筒部１ａが回転するので、円筒部１ａの内周面近傍に渦電流が発生し、この渦電流と磁束の相互作用で、ロータ１に制動力が発生する。
【００１８】
一方、制動ＯＦＦの状態では、隣接する２つの永久磁石３とこの２つの永久磁石３に対向する１つのポールピース５と支持リング４で磁気短絡回路が形成されるため、ロータ１の円筒部１ａには磁束がほとんど働かず、制動力がほとんど発生しない。
【００１９】
図２は、上記図１に示した渦電流式減速装置のロータ１の上半分を示した図である。
図２（ａ）に示したように、ロータ１の円筒部１ａを支持する側板１ｃには、円周方向に複数の風孔１ｃａが設けられている。以下、隣接する風孔１ｃａと風孔１ｃａの間の部分を、支持部１ｃｂという。なお、この図２（ａ）に示した例では、風孔１ｃａは円周方向に等間隔で設けたものを示しているが、必ずしも円周方向に等間隔で風孔１ｃａを設けなくても良い。
【００２０】
本発明に係る渦電流式減速装置では、上記の側板１ｃに形成した風孔１ｃａのうちの、少なくとも一つの風孔１ｃａにおける側板１ｃの円周方向の例えば両側面部に、図３（ａ）に示したように、第１直線部１１を設けて、支持部１ｃｂに直線状部分を形成すると共に、この第１直線部１１の内周側と外周側に設けた曲線部１２を介して風孔１ｃａの内外周部と連続させ、隣接する支持部１ｃｂの内外周部における結合を滑らかに行っている。以下、この隣接する支持部１ｃｂの内外周部における結合部を、内周側結合部１ｃｄ及び外周側結合部１ｃｅという。
【００２１】
このように風孔１ｃａの前記第１直線部１１によって支持部１ｃｂの両側に直線状部分を形成することで、支持部１ｃｂの、側板１ｃの円周方向の幅、すなわち、隣接する風孔１ｃａの側面部間の距離（以下、「支持部１ｃｂの幅」という。）が局部的に狭くなる部分がなくなり、支持部１ｃｂ内に応力・歪が局部的に集中することを防止できる。
【００２２】
この際、支持部１ｃｂの幅が、図７に示されるような円弧により囲まれると、応力・歪が局部的に集中することはないとはいうものの、支持部１ｃｂの幅が最も狭い部分に応力・歪が集中することになる。しかしながら、支持部１ｃｂの幅が、図３のように径方向に対して一定割合で増加又は減少するように、隣接する風孔１ｃａの第１直線部１１を形成すれば、支持部１ｃｂに発生する応力・歪の集中をより効果的に緩和することができる。
【００２３】
上記図３（ａ）に示した本発明に係る渦電流式減速装置では、風孔１ｃａの内外周部は円弧状に形成されているが、図３（ｂ）に示したように、風孔１ｃａの、内周側部及び外周側部に第２直線部１３を設けたものでも良い。そして、このように内周側部及び外周側部に第２直線部１３を設けた場合は、これら両第２直線部１３を平行となすことが望ましい。
【００２４】
このように内外周の第２直線部１３を平行にすると、内周側結合部１ｃｄや外周側結合部１ｃｅの幅（側板１ｃの半径方向の長さ）も円弧状の場合と比べて一定となり、内周側結合部や外周側結合部に応力・歪が局部的に集中することをより効果的に防止できるようになる。
【００２５】
ところで、風孔１ｃａの内周側部に第２直線部１３を設けると、第２直線部１３の中央部分がロータ１の回転中心に最も近くなり、この中央部分では、固定部１ｃｃに最も近くなるため、固定部１ｃｃによって変形を拘束される程度が増大することになる。
【００２６】
また、風孔１ｃａの外周側部に第２直線部１３を設けると、第２直線部１３の中央部分がロータ１の円筒部１ａから最も離れ、第２直線部１３の両端部が円筒部１ａに最も近くなる。その結果、制動時に円筒部１ａが熱膨張して径が大きくなると、外周側結合部１ｃｅと円筒部１ａとの距離が短い第２直線部１３の両端部分に大きな応力・歪が作用することになる。
【００２７】
これに対し、図３（ｃ）に示したように、前記第２直線部１３に代えて、内周側部及び外周側部を、前記ロータ１の回転中心を中心とする円弧部１４とした場合には、前記内周側結合部１ｃｄと外周側結合部１ｃｅの前記幅を一定に保つことができ、上述の問題が発生することはない。
【００２８】
加えて、上記の本発明に係る渦電流式減速装置においては、図４に示したように、側板１ｃを、ロータ１の円筒部１ａと反対側に湾曲させることが望ましい。側板１ｃを湾曲させると、円筒部１ａの変形（図４の場合の側板１ｃの半径方向の変形）を湾曲部の弾性変形で吸収できるため、側板１ｃに非弾性歪が生じ難くなるからである。更に、円筒部１ａの変形が容易になるため、円筒部１ａにも非弾性歪が生じ難くなり、長期間繰り返し使用した場合でも、疲労亀裂が発生し難くなる。
【００２９】
また、図４に示したように、隣接する風孔１ｃａ間に形成された支持部１ｃｂの、側板１ｃの半径方向の中心Ｏ（風孔１ｃａの半径方向の中心）が、側板１ｃａのボルト８等による固定部１ｃｃと円筒部１ａの内周面間の距離（図４のＷ）の中央部より外周側に位置するように、風孔１ｃａを配置し、風孔１ｃａが、図１に示すように、少なくとも風孔１ｃａの一部がステータ２の側面２ａと対向するように、好ましくはステータ２のケース６とオーバーラップするようにすることが望ましい。
【００３０】
これは、支持部１ｃｂ（風孔１ｃａ）を前記距離Ｗの中央部より内周面側に設けると、（１）支持部１ｃｂの周囲の変形が固定部１ｃｃによって拘束される程度が増して、風孔１ｃａの内周側側面に発生する応力・歪が大きくなり、
（２）支持部１ｃｂ（風孔１ｃａ）の形状が同じであっても、支持部１ｃｂ間の円周方向の間隔が小さくなるため、風孔１ｃａの面積が減少し、ステータ２の冷却効果及びロータの軽量化の効果が低減する、という理由による。
【００３１】
また、永久磁石３は過度に温度が上昇すると、減磁して制動力が低下してしまうため、温度上昇を抑制する必要がある。永久磁石３を保持するステータ２は円筒部１ａの内面に近接して設けられるため、必然的にステータ２の側面（側板１ｃと対向する側の側面）は側板１ｃの外周側と対向するようになる。従って、風孔１ｃａを通ってステータ２側に流入する風で効率良くステータ２及び永久磁石３を冷却するためにも、風孔１ｃａは外周側に設けて風孔１ｃａとステータ２の側面が対向するようにし、風孔１ｃａから流入する風が効率良くステータ２に当たるようにすることが望ましい。
【００３２】
本発明に係る渦電流式減速装置の効果を確認するため、有限要素法解析（ＦＥＭ解析）で支持部（風孔）の形状と、側板に発生する非弾性歪の関係を評価した。評価したロータの形状を下記表１及び表２に示す。
【００３３】
【表１】
2005143190.tif 000003
【００３４】
【表２】
2005143190.tif 000004
【００３５】
上記表１及び表２に示すように、ロータの円筒部、フィン、側板の形状は全ての例で共通とし、支持部（風孔）の形状のみを変化させた。ここで、円筒部１ａの幅とは、図６に示すように、回転軸７と平行な方向の円筒部１ａの長さ、側板１ｃの湾曲量とは、側板１ｃが結合される側の円筒部１ａの端面と側板１ｃの厚さ中央の距離の最大値（最も円筒部１ａと反対側に突出している個所における、円周部端面と側板厚さ中央部の距離）、Ｗはボルトによる側板１ｃの固定部１ｃｃと、円筒部１ａの内表面との距離である。
【００３６】
図２に示すように、側板１ｃの内周面は４本のボルト８で固定した。また、フィン１ｂは断面形状を長方形とし、ロータ１の回転方向と４５°の角度をなすように設けた。
支持部１ｃｂ（風孔１ｃａ）の形状は、図５に示すように、曲線部１２の曲率半径Ｒ1 ，Ｒ2 （内周側の曲率半径をＲ1 、外周側の曲率半径をＲ2 とする）、支持部１ｃｂのロータ半径方向長さＬ1 、Ｌ1 の中間位置における支持部の幅Ｌ2 、Ｌ1 の中間位置でありかつＬ2 の中間位置でもある支持部１ｃｂの中心Ｏで定義した。表２における支持部１ｃｂの中心位置とは、ロータ１の中心（回転軸７の軸心）と支持部１ｃｂの中心Ｏ間の距離をいう。
【００３７】
なお、支持部１ｃｂ（風孔１ｃａ）の側面に形成された直線部は、ロータ１の回転中心から延びる放射線と一致するようになし、風孔１ｃの内外周部は、図３（ｃ）に示したように、ロータ１の回転中心を中心とする円弧状に形成した。
【００３８】
番号１〜５は、ボルトによる固定部と円筒部内表面間の距離Ｗの中央部に、支持部の中心Ｏが位置するように風孔を設け、番号６，７は、支持部の中心Ｏが前記距離Ｗの中央部より外周側に支持部の中心Ｏが位置するように風孔を設けた。
【００３９】
ＦＥＭ解析では、ロータの材質を、特開平８−４９０４１号で開示されているモリブデン系耐熱鋼とし、制動ＯＮと制動ＯＦＦを繰り返して円筒部内表面の最高温度が６５０℃、最低温度が１００℃の熱サイクルを負荷したときに側板に生じる非弾性歪範囲を評価した。ここで、非弾性歪範囲とは、非弾性歪の変動幅である。
【００４０】
下記表３に、側板に生じる非弾性歪範囲の評価結果を示す。なお、下記表３では、発生する非弾性歪範囲が最大となる箇所の値を示したが、番号１〜７は何れも風孔の周囲の非弾性歪範囲が最も大きかった。
【００４１】
【表３】
2005143190.tif 000005
【００４２】
番号１の比較例は、円形の風孔を設けた側板である。風孔が円形であるため、支持部の側面には直線部が存在しない。
番号２の比較例は、風孔の第１直線部の内外周部に曲線部を設けていないものである。風孔の側面に直線部を設けても、その内周側部と外周側部とを曲線部を介して連続させていない矩形状の風孔では、発生する非弾性歪範囲が大きい。
【００４３】
番号３，４の本発明例は、支持部の側面に直線部が形成されるように風孔の側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させると共に、風孔の内外周部に夫々ロータの回転中心を中心とする円弧部を設けたため、発生する非弾性歪範囲が上記の比較例（番号１，２）よりも小さい。
【００４４】
番号５の本発明例は、支持部の側面に直線部が形成されるように風孔の側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させているが、風孔の内外周部には円弧部や第２直線部を設けていない風孔である。この形状も、発生する非弾性歪範囲は、上記番号３，４の本発明例よりも大きいとはいうものの、上記の比較例（番号１，２）よりも小さい。
【００４５】
番号６，７の本発明例は、支持部の側面に直線部が形成されるように風孔の側面部に第１直線部を設け、この第１直線部と風孔の内外周部を夫々曲線部を介して連続させると共に、風孔の内外周部に夫々ロータの回転中心を中心とする円弧部を設け、かつ、支持部の中心が距離Ｗの中央部より外周側に位置するようにした側板である。
【００４６】
これらの番号６，７の本発明例では、発生する非弾性歪範囲が、比較例（番号１，２）よりも小さいことは言うまでもないが、更に、支持部の中心を距離Ｗの中央に設けた番号３〜５の本発明例よりも小さい。特に番号６の本発明例は番号４の本発明例とほぼ同じ風孔形状であるが、支持部を外周側に配置した番号６の本発明例のほうが、発生する非弾性歪範囲が小さい。
【００４７】
一般に、非弾性歪範囲が小さいほど疲労亀裂の発生寿命が長くなるため、番号３〜番号７の本発明例は番号１，２の比較例より疲労亀裂の発生寿命が長く、耐久性に優れていることが確認された。
【００４８】
本発明例は図１〜図４に示したものに限らず、風孔１ｃａの対向する一方側面のみに第１直線部１１を設けたものでも、また、風孔１ｃａの内周側或いは外周側のどちらか一方のみに第２直線部１３や円弧部１４を設けたものでも、また、風孔１ｃａの内周側部及び外周側部に、第２直線部１３と円弧部１４を各々設けたものでも良い。また、側板１ｃを湾曲状に形成させないものでも良い。
【００４９】
また、図１では、円周方向に一列の永久磁石群を配置して、その永久磁石群を円周方向に回動させて制動ＯＮ／ＯＦＦを切り替える単列磁石方式の渦電流式減速装置を示したが、円周方向に二列の永久磁石群を配置してその一列のみを円周方向に回動させて制動ＯＮ／ＯＦＦを切り替える複列磁石方式や、永久磁石を回転軸の軸線方向に往復移動させることで制動ＯＮ／ＯＦＦを切り替える方式であっても良い。さらに、磁石群は、電磁石を用いたものであっても良い。
【００５０】
また、本発明では、ロータが最終的に本発明の形状になれば、どのような製造方法を採用しても良いが、鋳造法によって製造すれば、円筒部、フィン、風孔を設けた側板を一度に成形でき、安価であるため、鋳造により製造することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明の渦電流式減速装置は耐久性に優れるので、特に高低差のある地域を走行する車両や、市街地から高速道路を走行して遠隔地まで走行するような車両の渦電流式減速装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の渦電流式減速装置の一例を示した装置の上半分の断面図である。
【図２】図１に示した渦電流式減速装置のロータ１の上半分を示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の中央縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の渦電流式減速装置のロータに設ける風孔の例を示した図である。
【図４】本発明の渦電流式減速装置のロータの一例を示した図であり、側板を湾曲させたロータの図である。
【図５】風孔、支持部の形状を定義するためのパラメータを説明するための図である。
【図６】ロータの円筒部及び側板の形状を定義するためのパラメータを説明する図である。
【図７】側板に設けた風孔が円形の場合の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    ロータ
１ａ    円筒部
１ｂ    側板
１ｃａ    風孔
１ｃｂ    支持部
１ｃｃ    固定部
２    ステータ
３    永久磁石
１１    第１直線部
１２    曲線部
１３    第２直線部
１４    円弧部
【図１】
2005143190.tif 000006
【図２】
2005143190.tif 000007
【図３】
2005143190.tif 000008
【図４】
2005143190.tif 000009
【図５】
2005143190.tif 000010
【図６】
2005143190.tif 000011
【図７】
2005143190.tif 000012