(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記（１）式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置。
０°＜  α  ＜９０°  ・・・  （１）
【請求項２】
回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて旋回させながら移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングに配した永久磁石の回転軸方向の移動量Ｌ1と周方向への移動量Ｌ2から角度αを下記（３）式で定義した場合に、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記（１）式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置。
０°＜  α  ＜９０°  ・・・  （１）
ｔａｎα  ＝  Ｌ2／Ｌ1  ・・・  （３）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いられる主ブレーキを補助するディスクタイプで小型、軽量型の渦電流減速装置に関し、さらに詳しくはシンプルな構造設計で簡易構造からなり、車両への搭載性及び経済性に優れる渦電流減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバス等の自動車用の制動装置には、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキの他に長い坂道の降坂等において安定した減速を行い、さらにフットブレーキのベーパーロック現象や焼損を防止するために、渦電流減速装置が使用されている。
【０００３】
この渦電流減速装置には、多数の永久磁石を周方向に配置した磁石群を移動させ、永久磁石を回転ドラム（円筒型）または制動ディスクに対向させるように接近させて、回転ドラムまたは制動ディスクに制動トルクを発生させる方式が用いられている。
【０００４】
ところが、近年においては、渦電流式減速装置に対する要求も多様化し、製造コストの低減を図るとともに、小型車への搭載も可能にするような、車両への搭載性を向上させる要請が強くなっている。この搭載性の向上には、小型で軽量化が図れ、かつ簡易構造で経済性に優れることが要求される。
【０００５】
上記の要請に対して、回転ドラムを採用した渦電流式減速装置では、その構造上、小型化及び軽量化が困難である。まず、制動時の放熱に関し、制動時に回転ドラムが発熱すると外周部が膨張するので、これを吸収するために、複雑なドラム支持の設計が必要となりドラム構造が煩雑となる。さらに、回転重量が半径方向の外周側に集中するため、回転バランスの調整が難しくなる。
【０００６】
さらに、エアギャップの調整、すなわち、全ての永久磁石とドラム間の距離を等間隔に調整し、この間隔を増減することによって、制動トルクの調整が可能になるが、回転ドラムを採用した場合には、エアギャップを調整するためには回転ドラムの内径を拡大若しくは縮小する必要があることから、回転ドラム構成部品の共通化が充分に図れない。
【０００７】
一方、回転ドラムを用いたドラムタイプに替え、制動ディスクを用いたディスクタイプの渦電流減速装置を採用する場合でも、電磁石を用いた方式では装置の小型化及び軽量化には適していない。すなわち、この方式では制動ディスクに対向して設けた電磁石に電流を供給して、制動ディスクに渦電流を発生させ、回転軸に制動トルクを付加することになるが、大きな制動トルクを発生するためには、多数の電磁石と大電流を供給する装置が必要になる。このため、多数の電磁石を収容するスペースが必要になるとともに、電流の供給源であるバッテリーが大型化するため、装置の全体構成が大容量で、かつ重量化することになる。
【０００８】
したがって、渦電流減速装置の小型化及び軽量化には、ディスクタイプの減速装置を採用して、永久磁石の磁極面を制動ディスクに対向させて接近させ、ディスク自体に制動トルクを発生させる方式（以下、「磁石極面対向方式」という場合がある）が有効である。この方式であれば、永久磁石の磁力を短い磁路長さで制動ディスクに付加できるので、磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、制動効率の向上を図れるとともに、装置の全体構成を簡易構造にできるからである。
【０００９】
さらに、この簡易構造の「磁石極面対向方式」を採用して、制動効率を向上させることができれば、その結果として、比較的、小型の永久磁石が適用できるので、小型化及び軽量化が一層容易になる。
【００１０】
図１及び図２は、永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。図１は制動時における装置構成を示しており、図２は非制動時における装置構成を示している。
【００１１】
この渦電流減速装置では、回転軸１に取り付けられた強磁性体からなる制動ディスク２と、この制動ディスク２の側方に配置された非磁性体からなる案内筒３から構成される。案内筒３は車両等の非回転部分に支持されており、その内部には、制動ディスク２の制動面に対し垂直方向に前後進が可能な強磁性体からなる保持リング４が収容され、さらに、案内筒３には保持リング４を前後進させるシリンダー５が設けられている。一方、案内筒３の制動ディスクと対向する端面には、強磁性材（ポールピース）８が配置される。
【００１２】
保持リング４の制動ディスク２と対向する側面には、複数の永久磁石７が周方向に等間隔で配置されている。磁石７の磁極の方向は制動ディスク２の制動面に対向しており、隣接する永久磁極が互いに逆向きに配置されている。各永久磁石７の磁極面に対向する強磁性材８は、周方向に永久磁石７と対をなすように複数配置される。強磁性材８の厚さは特に規定されないが、薄い方が望ましい。具体的な強磁性材の製作は、例えば、アルミニウムからなる案内筒３を鋳造する際に、強磁性材を一体として鋳込むことができる。
【００１３】
永久磁石７の駆動機構としては、案内筒３の外端壁にはシリンダ５が配置され、シリンダ５に嵌合するピストンロッド６が案内筒３の外端壁を貫通して保持リング４に結合している。このように構成することによって、シリンダー５の作動により制動ディスク２に対し直交する方向に、保持リング４を前後進させることができる。
【００１４】
次に、上記の渦電流減速装置の作動について説明する。制動時には、図１の矢印で示すように、シリンダー５のピストンロッド６が右方へ移動し、保持リングが制動ディスク２に対し垂直方向に前進し、永久磁石７が制動ディスクに対向して接近する。
【００１５】
このとき、各永久磁石７が強磁性材８を経て制動ディスク２の制動面に垂直に及ぼす磁力線を、回転する制動ディスク２が横切る時、制動ディスク内の磁束の変化から制動ディスク２に渦電流が流れ、制動トルクが発生する。
【００１６】
非制動に切り換える際には、シリンダー５の作動を切り換えて、図２の矢印で示すように、ピストンロッド６に直結された保持リング４を左方へ移動させるので、永久磁石７が強磁性材（ポールピース）８から離れ、永久磁石７が制動ディスク２へ及ぼす磁力は弱いものとなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、永久磁石を制動ディスクに対向させて配置した「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置では、制動時には、前記図１に示すように、保持リングを制動ディスクと直交する方向に前進させ、永久磁石を制動ディスクに対向して接近させるようにする。一方、非制動時には、前記図２に示すように、保持リングを後退させて、永久磁石と制動ディスクとを所定のストロークだけ切り離す必要がある。
【００１８】
上記の制動時及び非制動時の動作において、制動時には永久磁石が強磁性体である制動ディスクに吸引されるため、永久磁石を配する保持リングを制動ディスクと直交する方向に前進させるための動力を殆ど必要としない。これに対し、非制動時に、永久磁石を制動ディスクから引き離すために保持リングを後退させる際には、制動ディスクとの磁気吸引力にうち勝つ必要があり、多大な動力を要することになる。
【００１９】
特に、高い制動トルクが要求されるリターダでは、制動トルクを確保するため、磁力が強い磁石を用いたり、磁石の体積を増加させて制動ディスクに作用する磁束密度を高めているため、磁石と制動ディスクとの間の磁気吸引力が強くなる。このため、この磁気吸引力に抗して永久磁石を制動ディスクから引き離し、非制動の状態に切り換えるには大きな動力が必要になる。
【００２０】
切換に必要な動力をアクチュエータ等の機器で賄おうとすると、所要のシリンダ径を大きくしたり、設置数を増やしたりする必要が生じて、機器が大型になるとともに煩雑な構造になる。これらの機器を渦電流減速装置内に組み込むとなると、装置の全体構成が大型化しその重量も増加して、車両への搭載性を著しく悪化させる。
【００２１】
本発明は、上述した永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置が包含する問題点に鑑みて開発されたものであり、制動時から非制動時への切り換えの際に、永久磁石を制動ディスクから引き離すために必要とされる動力を低減し、これに要するアクチュエータ、シリンダー等の機器のコンパクト化を図り、小型、軽量型の渦電流減速装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の（１）および（２）の小型、軽量型の渦電流減速装置を要旨としている。
【００２４】
（１）回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクと対向して移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記（１）式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置である。
０°＜  α  ＜９０°  ・・・  （１）
【００２５】
（２）回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて旋回させながら移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングに配した永久磁石の回転軸方向の移動量Ｌ1と周方向への移動量Ｌ2から角度αを下記（３）式で定義した場合に、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記（１）式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置である。
【００２６】
０°＜ α ＜９０°      ・・・    (1)
tanα ＝ Ｌ２／Ｌ１                    ・・・    (3)
【００２７】
【発明の実施の形態】
永久磁石の磁極面を強磁性体からなる制動ディスクの制動面に対向させた状態で、永久磁石を垂直方向に引き離すには大きな動力が必要になる。これは、永久磁石の磁極全面を強磁性体から同時に引き離すために、磁石と強磁性体との間に作用する磁気吸引力と等価な動力が必要になるからである。
【００２８】
ところが、保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けて、永久磁石を制動ディスクの制動面に対して傾けた状態のままで、永久磁石を制動ディスクから引き離すと、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【００２９】
図３は、保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けた状態を模式的に示した図である。案内筒３に収容された永久磁石７は、保持リング４の周方向に配置されており、保持リング４は回転軸方向に対し角度＋αまたは角度−αを傾けた状態で、永久磁石７を保持している。案内筒３の端面に配設された強磁性材８は、永久磁石７と対向配置している。
【００３０】
図３において、制動ディスク（図示せず）と対向する永久磁石７を垂直方向に引き離すのに必要な動力をＦmとする。一方、保持リング４を回転軸方向に対し角度αを傾けた状態で、永久磁石７を回転軸方向に引き離した場合、引き離しに要する動力をＦaとすると、両者の関係は、Ｆa＝Ｆm・cosαとなる。すなわち、永久磁石７を回転軸方向に対し傾けた状態で、回転軸方向に引き離すことによって、引き離しに要する動力Ｆaを軽減することができる。
【００３１】
このとき、保持リング４を回転軸方向に対し傾ける角度は、図３(a)に示すように、回転軸方向を基準として時計回り方向を＋αとし、図３(b)に示すように、反時計回り方向を−αとすれば、いずれの方向であっても、上述のＦm及びＦaの関係が成立することが分かる。また、本発明の渦電流減速装置でＦm＜Ｆaの条件を具備するには、保持リング４が回転軸方向に対し傾ける角度±αは、下記(1)の関係を満足する必要がある。
【００３２】
０°＜ α ＜９０°      ・・・    (1)
永久磁石７を配する保持リング４が回転軸方向に対し、角度±αを持って保持されている状態では、永久磁石７と強磁性材８とを対向させると同時に、強磁性材８と制動ディスクとも少ない間隙で対向させる必要がある。間隙を少なく構成しないと、両者のエアギャップが大きくなり、制動効率を著しく低下させることになる。このため、後述する図４及び図５に示すように、永久磁石７と対向する強磁性材８は、同時に制動ディスク２とも対向する断面形状で構成することが必要になる。
【００３３】
前述の通り、渦電流減速装置の制動効率を向上するには、永久磁石７の磁極面と制動ディスク２面との距離を極力短くするのが望ましいが、強磁性材８は永久磁石７と同時に制動ディスク２とも対向する断面形状で構成する必要から、後述する図４及び図５に示す断面形状が用いられるので、永久磁石７が制動ディスク２まで及ぼす磁気回路が長くなり、磁気効率が悪化する。そのため、渦電流減速装置の構成として、永久磁石７の磁極面と制動ディスク２面との距離を短縮するため、制動ディスクのうち強磁性体と対向する面を回転軸方向と直交する面に対し、角度±βを傾けるようにすることができる。
【００３４】
このとき、制動ディスク面を回転軸方向と直交する面に対し傾ける角度は、直交する面を基準として時計回り方向を＋βとし、反時計回り方向を−βとすれば、いずれの方向であっても、上記の角度αと組み合わせることによって、永久磁石７の磁極面と制動ディスク２面との距離を短縮することができる。そして、渦電流減速装置の構成として、制動ディスク面を回転軸方向と直交する面に対し傾ける場合には、その角度±βは下記（２）の関係を満足する必要がある。
【００３５】
０°＜  β  ＜９０°  ・・・  （２）
渦電流減速装置の構成として、上記（１）式及び（２）式の関係において、α＝β（＋α＝＋βまたは−α＝−β）とするのが、最も永久磁石の磁極面と制動ディスク面との距離を短くすることができるので、磁気効率の観点からはさらに望ましい。
【００３６】
上述の装置構成では、保持リングは回転軸方向に移動可能であるが、回転軸方向に対し角度±αを傾け、永久磁石を制動ディスクの制動面に対して傾けた状態で保持して、永久磁石を回転軸方向に引き離すようにしている。これにより、永久磁石を垂直方向に引き離すのに必要な動力Ｆmと、回転軸方向に引き離しに要する動力Ｆaとの関係は、Ｆa＝Ｆm・cosαとなり、永久磁石の引き離しに要する動力を軽減することができる。
【００３７】
同様の構成は、後述の図８に示すように、永久磁石７を強磁性材８を経て制動ディスク２面と垂直に対向した状態で保持した場合に、保持リング４を制動ディスク２面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させることによっても達成できる。
【００３８】
さらに、後述の図９及び図１０に示す場合であっても、永久磁石７を制動ディスク２に対向させて旋回させながら移動可能とし、保持リング４を制動ディスク２面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させることによっても達成できる。この場合には、角度αは永久磁石７の回転軸方向の移動量Ｌ１と周方向への移動量Ｌ２から下記(3)式で定義される。
【００３９】
tanα ＝ Ｌ２／Ｌ１                    ・・・    (3)
すなわち、後述の図８〜図１０に示す装置構成であっても、制動ディスク２と対向した永久磁石７を、回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に引き離すことによって、永久磁石７を垂直方向に引き離すのに必要な動力Ｆmと、引き離しに要する動力Ｆaとの間にも、Ｆa＝Ｆm・cosαの関係が成立することになる。
【００４０】
本発明の渦電流減速装置で採用する角度αを大きくすると、制動ディスクからの引き離しに要する動力を小さくすることができるので、これに要するシリンダー径を小さくしたり、設置数を減らすことが可能になる。一方、永久磁石の移動距離が増加するので、永久磁石を収容する案内筒が大きくなったり、シリンダーのストロークが大きくなる。したがって、本発明では、引き離し動力の低減による効果と装置の小型化効果とを勘案して、採用する角度αの最適化を検討する必要がある。
【００４１】
【実施例】
以下に、本発明の渦電流減速装置の具体的な構成を、参考例１〜４、並びに実施例５及び６に基づいて説明する。図４及び図５は、永久磁石が保持リングによって回転軸方向に対し角度±αを傾けて保持された本発明の参考構成例を示す図である。
【００４２】
参考例１及び２の渦電流減速装置では、強磁性体からなる制動ディスク２と非磁性体からなる案内筒３から構成され、その内部には、制動ディスク２の制動面に直交する回転軸方向に移動可能な強磁性体からなる保持リング４が収容され、さらに、案内筒３には保持リング４を前後進させるシリンダー５が設けられている。保持リング４は回転軸に対して角度αを傾けているので、永久磁石７の磁極の方向は、制動ディスク２の制動面に対し角度αを傾けた状態である。
【００４３】
この永久磁石７と対向するように強磁性材８は、周方向に永久磁石７と対をなすように複数配置される。強磁性材８の断面形状は、永久磁石７と対向する面も、制動ディスク２と対向する面も、それぞれの間隙が少なくなり、エアギャップを極力少なくするような断面形状で構成する必要がある。図４及び図５で示される断面形状は、楔形状または略三角形状で構成されている。通常、このような断面形状の強磁性材は、例えば、アルミニウムからなる案内筒３と一体で鋳造される。
【００４４】
永久磁石７の移動は、シリンダー５の作動により制動ディスク２に対し垂直方向、すなわち回転軸方向に保持リング４を移動させることによって行われる。制動時には、保持リング４を前進させるための動力は殆ど必要としない。非制動時に、永久磁石７を制動ディスク２の制動面に対し角度±αを傾けた状態で回転軸方向に引き離すので、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【００４５】
図４は永久磁石７を制動ディスク２の制動面に対し角度＋αを傾けた状態を示す図であり、図５は永久磁石７を制動ディスク２の制動面に対し角度−αを傾けた状態であるが、いずれの場合であっても、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【００４６】
図６に示す参考例３の渦電流減速装置では、永久磁石７を制動ディスク２に直交する回転軸方向に対し、角度±αを傾けて保持しているのに加え、さらに、制動ディスク２のうち強磁性体８と対向する面を、回転軸方向に直交する面に対し、角度±βを傾ける構成にしている。このように構成することによって、強磁性体８の楔形状または略三角形状の厚みを、比較的薄くすることができ、永久磁石７の磁極面と制動ディスク２面との距離を短くすることができる。
【００４７】
図７に示す参考例４の渦電流減速装置では、強磁性体８の厚みを最小にするため、永久磁石７を傾ける角度αと制動ディスク２を傾ける角度βを、α＝βとしている。このように構成することによって、永久磁石７の磁極面と制動ディスク２面との距離を最短にすることができるので、磁気効率を向上させることができる。
【００４８】
図８に示す実施例５の渦電流減速装置では、保持リング４の制動ディスク２と対向する側面には、複数の永久磁石７が周方向に配置されており、永久磁石７の磁極の方向は制動ディスク２の制動面に対向している。さらに、各永久磁石７の磁極面に対向する強磁性体８は、周方向に永久磁石７と対をなすように複数配置されている。
【００４９】
一方、永久磁石７を保持する保持リング４は、案内筒３外端壁のシリンダ５に嵌合するピストンロッド６に結合されており、シリンダ５の作動によって、制動ディスク２と直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退するようになっている。したがって、非制動への切換に際し、保持リング４を後退させると、永久磁石７を制動ディスク２から切り離す動力を低減させることができる。
【００５０】
図９は、実施例６の渦電流減速装置の断面構成を説明する正面断面図である。また、図１０は、実施例６の渦電流減速装置の断面構成を説明する平面断面図である。両図において、(a)は制動時の構成を示し、(b)は非制動時の構成を示している。
【００５１】
図９及び１０に示す実施例６の渦電流減速装置では、永久磁石７を制動ディスク２に対向させて旋回させながら移動可能とし、保持リング４を制動ディスク２面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させる構成になっている。したがって、非制動への切換時には、保持リング４の後退にともなって、保持リング４に配された永久磁石７は、回転軸方向にＬ１移動すると同時に、周方向へＬ２だけ旋回移動することになるが、制動ディスク２から切り離しに要する動力を低減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の渦電流減速装置によれば、ディスクタイプの減速装置を対象として「磁石極面対向方式」を採用するので、制動効率に優れるとともに、制動時から非制動時への切り換えに際し、永久磁石を制動ディスクから切り離すために必要とされる動力を低減し、これに要するアクチュエータ、シリンダー等の機器のコンパクト化を図り、小型化及び軽量化が可能になる。しかも、シンプルな構造設計で簡易構造にすることができるので、車両への搭載性及び経済性にも優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の制動時の構成例を説明する図である。
【図２】永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の非制動時の構成例を説明する図である。
【図３】保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けた状態を模式的に示した図である。
【図４】  本発明の参考例１の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図５】  本発明の参考例２の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図６】  本発明の参考例３の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図７】  本発明の参考例４の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例５の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例６の渦電流減速装置の断面構成を示す正面断面図である。
【図１０】本発明の実施例６の渦電流減速装置の断面構成を示す平面断面図である。
【符号の説明】
１：回転軸、  ２：制動ディスク
３：案内筒、  ４：保持リング
５：シリンダー、  ６：ピストンロッド
７：永久磁石、  ８：強磁性材
【図１】
0003832379.tif 000002
【図２】
0003832379.tif 000003
【図３】
0003832379.tif 000004
【図４】
0003832379.tif 000005
【図５】
0003832379.tif 000006
【図６】
0003832379.tif 000007
【図７】
0003832379.tif 000008
【図８】
0003832379.tif 000009
【図９】
0003832379.tif 000010
【図１０】
0003832379.tif 000011