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技術 渦電流式減速装置

出願人 住友金属工業株式会社
発明者 今西憲治宮原光雄齋藤晃山口博行
出願日 2005年6月7日 (15年6ヶ月経過) 出願番号 2005-167223
公開日 2006年12月21日 (14年0ヶ月経過) 公開番号 2006-345607
状態 特許登録済
技術分野 電動クラッチ,電動ブレーキ
主要キーワード ポールピース間 角度配置 両永久磁石 Crステンレス鋼 非磁性板 制動補助装置 磁気回路構成 制動ドラム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年12月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

制動力を損なわずに非制動時引きずりトルクを減少させる。

解決手段

回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラム1と、この制動ドラム1に対向して支持され、制動ドラム1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、所要角度旋回可能な強磁性体支持リング2に、一定の間隔を存して配置された永久磁石3群と、この永久磁石3群と前記制動ドラム1との間に、これら各永久磁石3と基本的には同じ角度位置に配置された強磁性体のポールピース4群と、このポールピース4群の各ポールピース4間に設けられた非磁性体支持体5を備えた単列旋回方式渦電流式減速装置である。前記永久磁石3を20極以上とした。

効果

制動時の制動力を損なわずに非制動時の引きずりトルクを格段に減少でき、ポールピースも薄くできるため、装置全体の軽量化や、制動トルクの向上による磁石使用量の削減ができる。

概要

背景

例えばバストラックなどには、長い降時等に安定した減速を行い、フットブレーキ使用回数を減少させて、ライニングの異常摩耗フェード現象を防止すると共に、制動停止距離を短縮するために、フットブレーキや排気ブレーキの他に渦電流式減速装置取付けられている。

この渦電流式減速装置のうち、制動部材として回転ドラムを用いたドラムタイプでは、特許文献1で提案された単列旋回方式、特許文献2で提案された二列旋回方式、特許文献3で提案された軸方向スライド方式のものなどが用いられる。そして、これらの渦電流式減速装置に設置される永久磁石は、部品点数製造工数などの観点から、当初、10極程度であった。
特開平1−298948号公報
特開平4−12659号公報
特開平1−234043号公報

しかしながら、10極程度では、大きめ永久磁石及びポールピース円周上に疎らに配置された状態となる。単列旋回方式の渦電流式減速装置では、制動時、隣り合うポールピース間からの漏れ磁束が多くなって、引きずりトルクを十分に小さくすることが難しかった。ここでいう引きずりトルクとは、非制動時(OFF磁気回路を形成)にも係わらず、永久磁石からの磁束の一部が回転ドラムに達してしまい、その磁束と回転ドラムの回転により生ずる制動トルクのことである。

そこで、本出願人は、永久磁石の磁極数を増加させる単列旋回方式の渦電流式減速装置を特許文献4で提案した。
特開2002−51533号公報

概要

制動力を損なわずに非制動時の引きずりトルクを減少させる。回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラム1と、この制動ドラム1に対向して支持され、制動ドラム1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、所要角度旋回可能な強磁性体支持リング2に、一定の間隔を存して配置された永久磁石3群と、この永久磁石3群と前記制動ドラム1との間に、これら各永久磁石3と基本的には同じ角度位置に配置された強磁性体のポールピース4群と、このポールピース4群の各ポールピース4間に設けられた非磁性体支持体5を備えた単列旋回方式の渦電流式減速装置である。前記永久磁石3を20極以上とした。制動時の制動力を損なわずに非制動時の引きずりトルクを格段に減少でき、ポールピースも薄くできるため、装置全体の軽量化や、制動トルクの向上による磁石使用量の削減ができる。

目的

すなわち、二列旋回方式や軸方向スライド方式の渦電流式減速装置においては、非制動時、二列旋回方式では磁気回路が軸方向に閉回路を形成し、軸方向スライド方式では永久磁石を回転ドラム対向位置より離脱させるため、引きずりトルクの問題はほとんど無いが、制動トルクについてはさらなる向上が望まれていた。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、この制動ドラムに対向して支持され、制動ドラムの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、所要角度旋回可能な強磁性体支持リングに、一定の間隔を存して配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記制動ドラムとの間に、これら各永久磁石と基本的には同じ角度位置に配置された強磁性体のポールピース群と、このポールピース群の各ポールピース間に設けられた非磁性体支持体を備えた渦電流式減速装置において、前記永久磁石を20極以上としたことを特徴とする渦電流式減速装置。

請求項2

回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、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、強磁性体の固定支持リングに一定の間隔を存して配置された永久磁石群と、この永久磁石群を配置した固定支持リングに隣接すると共に前記制動ドラムに対向して設けられ、固定支持リングと同様に、制動ドラム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に永久磁石群を配置した、所要角度旋回可能な可動支持リングと、これら両永久磁石群と前記制動ドラムとの間に、これら両永久磁石群の各永久磁石と同じ間隔を存して介設された強磁性体のポールピース群と、このポールピース群の各ポールピース間に介設された非磁性体の支持体を備えた渦電流式減速装置において、前記永久磁石を20極以上としたことを特徴とする渦電流式減速装置。

請求項3

回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、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に一定の間隔を存して配置された永久磁石群を配置した、軸方向に所要の移動が可能な可動支持リングを備えた渦電流式減速装置において、前記永久磁石を20極以上としたことを特徴とする渦電流式減速装置。

請求項4

前記永久磁石は接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の渦電流式減速装置。

技術分野

0001

本発明は、例えばバストラック等の自動車鉄道車両等に、制動補助装置として取付けられる渦電流式減速装置、特に単列旋回方式二列旋回方式及び軸方向スライド方式ドラム式渦電流式減速装置に関するものである。

背景技術

0002

例えばバスやトラックなどには、長い降時等に安定した減速を行い、フットブレーキ使用回数を減少させて、ライニングの異常摩耗フェード現象を防止すると共に、制動停止距離を短縮するために、フットブレーキや排気ブレーキの他に渦電流式減速装置が取付けられている。

0003

この渦電流式減速装置のうち、制動部材として回転ドラムを用いたドラムタイプでは、特許文献1で提案された単列旋回方式、特許文献2で提案された二列旋回方式、特許文献3で提案された軸方向スライド方式のものなどが用いられる。そして、これらの渦電流式減速装置に設置される永久磁石は、部品点数製造工数などの観点から、当初、10極程度であった。
特開平1−298948号公報
特開平4−12659号公報
特開平1−234043号公報

0004

しかしながら、10極程度では、大きめ永久磁石及びポールピース円周上に疎らに配置された状態となる。単列旋回方式の渦電流式減速装置では、制動時、隣り合うポールピース間からの漏れ磁束が多くなって、引きずりトルクを十分に小さくすることが難しかった。ここでいう引きずりトルクとは、非制動時(OFF磁気回路を形成)にも係わらず、永久磁石からの磁束の一部が回転ドラムに達してしまい、その磁束と回転ドラムの回転により生ずる制動トルクのことである。

0005

そこで、本出願人は、永久磁石の磁極数を増加させる単列旋回方式の渦電流式減速装置を特許文献4で提案した。
特開2002−51533号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献4で提案した単列旋回方式の渦電流式減速装置は、永久磁石の磁極数を少なくとも12〜18極とすることにより磁石一個当たりの面積が小さくなって磁束も小さくなり、漏れ磁束が減少して非制動時の引きずりトルクを減少させることができた。また、制動時には永久磁石の磁束とドラム内の渦電流によって生じるローレンツ力である制動力の有効成分が増えることより制動効率も良くなった。

0007

本発明が解決しようとする課題は、単列旋回方式の渦電流式減速装置において、さらに非制動時の引きずりトルクを格段に減少させることである。また、二列旋回方式や軸方向スライド方式の渦電流式減速装置において、従来よりもさらに大きな制動トルクを得ることである。

0008

すなわち、二列旋回方式や軸方向スライド方式の渦電流式減速装置においては、非制動時、二列旋回方式では磁気回路が軸方向に閉回路を形成し、軸方向スライド方式では永久磁石を回転ドラム対向位置より離脱させるため、引きずりトルクの問題はほとんど無いが、制動トルクについてはさらなる向上が望まれていた。

課題を解決するための手段

0009

本発明の渦電流式減速装置は、制動時の制動力をできるだけ損なわないで、さらに非制動時の引きずりトルクを減少させるために、回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、この制動ドラムに対向して支持され、制動ドラムの周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、所要角度旋回可能な強磁性体支持リングに、一定の間隔を存して配置された永久磁石群と、この永久磁石群と前記制動ドラムとの間に、これら各永久磁石と基本的には同じ角度位置に配置された強磁性体のポールピース群と、このポールピース群の各ポールピース間に設けられた非磁性体支持体を備えた渦電流式減速装置(上述したいわゆる単列旋回方式の装置)において、前記永久磁石を20極以上としたことを最も主要な特徴としている。

0010

また、本発明の渦電流式減速装置は、さらに大きな制動トルクを得るために、回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、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、強磁性体の固定支持リングに一定の間隔を存して配置された永久磁石群と、この永久磁石群を配置した固定支持リングに隣接すると共に前記制動ドラムに対向して設けられ、固定支持リングと同様に、制動ドラム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に永久磁石群を配置した、所要角度旋回可能な可動支持リングと、これら両永久磁石群と前記制動ドラムとの間に、これら両永久磁石群の各永久磁石と同じ間隔を存して介設された強磁性体のポールピース群と、このポールピース群の各ポールピース間に介設された非磁性体の支持体を備えた渦電流式減速装置(上述したいわゆる二列旋回方式の装置)において、前記永久磁石を20極以上としたことを最も主要な特徴としている。

0011

また、本発明の渦電流式減速装置は、回転軸に一体的に取り付けられ、作用部が強磁性材からなる制動ドラムと、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、強磁性体の固定支持リングに一定の間隔を存して配置された永久磁石群を配置した、軸方向に所要の移動が可能な可動支持リングを備えた渦電流式減速装置(上述したいわゆる軸方向スライド方式の装置)において、前記永久磁石を20極以上としたことを最も主要な特徴としている。

0012

本発明において、「制動ドラムの作用部」とは、永久磁石の磁力が作用して渦電流が発生し制動力が発生することに主に関わる領域をいい、「対向し」とは、平面同士が向き合う状態、または曲面同士が向き合う状態をいう。また、「極」とは、磁石1個を指す場合と、複数個集まった群または組を指す場合を含む。すなわち、制動時に制動ドラムに対して一つの対の磁極面を形成し、一つの磁気回路を形成するような、磁極面とその反対磁極の磁極面に対して、それぞれの磁極を「極」という。

0013

前記本発明の渦電流式減速装置では、一つ一つの永久磁石の重量が軽くなるので、接着剤によって永久磁石を固定することが可能になり、固定作業が容易に行えるようになる。
本発明における「強磁性材」は、外部磁場により強く磁化される材料のことをいい、例えば、鉄、コバルトニッケルおよびそれらの合金などが挙げられる。

発明の効果

0014

本発明では、永久磁石を20極以上配置することで、単列旋回方式の渦電流式減速装置では、制動時の制動力をできるだけ損なわないで、非制動時の引きずりトルクを格段に減少することができる。また、従来と同等の引きずりトルクとするならば、ポールピースを薄くできる結果、装置全体の軽量化が可能となる。さらに、ポールピースを薄くすることで制動トルクが向上し、磁石使用量も削減できる。

0015

また、二列旋回方式や軸方向スライド方式の渦電流式減速装置では、さらに大きな制動トルクを得ることができる。そして、制動トルクの向上により、例えば従来と同等の制動トルクを得るための永久磁石の使用量を減らすことができ、その結果、装置全体の軽量化が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明を実施するための最良の形態について、発明成立に至るまでの過程と共に添付図面を用いて詳細に説明する。
図1は、単列旋回方式の渦電流式減速装置の1例を示す回転軸方向の断面図である。
制動ドラム1は回転軸6に一体的に取り付けられており、この制動ドラム1の内周面に対向して所要角度だけ旋回が可能なように支持された強磁性体の支持リング2が設けられている。そして、前記制動ドラム1の周方向に沿って磁極の向きが互いに逆向きとなるよう、この支持リング2の外周面に一定の間隔を存して永久磁石3群が配置されている。永久磁石3群は、隣合う永久磁石の極性(永久磁石の制動ドラムに対向する面の極性)が互いに逆向きになるように配置される。

0017

そして、この永久磁石3群と前記制動ドラム1との間には、これら各永久磁石3と基本的には同じ角度配置にて、強磁性体のポールピース4群が配置されている。また、このポールピース4群の各ポールピース4間には非磁性体の支持体5が設けられている。なお、この支持体5は、車両の非回転部分に支持されており、回転軸6は、非回転部分に相対的に回転可能なように軸受けを介して支持されている。

0018

図2は、単列旋回方式の渦電流式減速装置における磁気回路構成を示す説明図で、(a)は制動時、(b)は非制動時の状態を示した図である。
図2(a)に示すように、永久磁石3がポールピース4と重なり合う状態(制動時)においては、支持リング2と、隣接する永久磁石3及び隣接するポールピース4と、制動ドラム1で、矢印で示すような磁気回路が形成され、前記制動ドラム1に各永久磁石3からの磁束が効果的に作用して渦電流が発生し、制動トルクが発生する。

0019

また、図2(b)に示すように、一つの永久磁石3が隣接するポールピース4を跨いで半分ずつ重なり合う状態(非制動時)においては、支持リング2と、隣接する永久磁石3と、一つのポールピース4で、矢印で示すような短絡的磁気回路が形成される。前記制動ドラム1には各永久磁石3からの磁束が基本的には作用せず、制動トルクが発生しない。しかしながら、図2(b)に破線で示すような漏れ磁束が存在すれば、制動トルク(引きずりトルク)が弱いながらも発生することになる。

0020

この単列旋回方式の渦電流式減速装置において、永久磁石を少なくとも12極〜18極へ極数を増加させることにより、制動効率は向上させ、引きずりトルクもある程度低減することができたが、この極数領域での引きずりトルクの低減効果はさほど急激ではなく、磁石の極数が増えると、磁石固定金具の数も増えるため、製造工数が増加するという問題もあり、これ以上に極数を増加させることについては、あまり検討されていなかった。

0021

しかしながら、発明者らが、各種の条件を変更して解析を重ねた結果、永久磁石を20極以上にすれば、単列旋回方式では、非制動時の引きずりトルクが急激に減少することを知見した。

0022

また、制動力についても、20極以上、46極以下であれば、制動力をさらに向上できることが判明した。なお、46極を超えると、16極に比べて制動力は低下するが、制動力の低下割合以上の割合で、非制動時の引きずりトルクが減少するので、使用の態様によっては十分に実際の使用に供することができることが判明した。

0023

前記知見を得た解析結果の一例を図3に示す。
図3は、単列旋回方式のドラム式渦電流式減速装置における永久磁石の極数と制動トルクと引きずりトルクの関係を示した図である。

0024

このシミュレーションによる解析は、装置1台当たりの永久磁石の使用量を一定とし、SCM415製の制動ドラムを1500RPMで回転させたときの条件で実施した。また、制動ドラムの内径は、トラックやバス等に一般的に用いられている装置寸法と同等なφ392.5mmとした。なお、図3における制動トルク比、引きずりトルク比は、16極のときに得られる制動トルク、引きずりトルクを1として規格化したものである。

0025

図3より、永久磁石を20極以上、とくに28極以上とすることにより、引きずりトルクを格段に小さくできることが分る。また、永久磁石を20極以上、46極以下とすることで、制動トルクを向上できることが分る。

0026

すなわち、単列旋回方式の渦電流式減速装置では、図3より分かるように、制動トルクと引きずりトルクを考慮すると、永久磁石は20極以上が好ましい。さらに、制動トルクの向上と共に引きずりトルクの低減を図ることを意図する場合は、28極以上、40極以下とするのが望ましい。また、鉄道車両などのように、制動トルクの向上よりも引きずりトルクの低減を重視する場合は、40極以上、80極以下とすれば良い。

0027

なお、図3は単列旋回方式に関する解析結果であるが、制動時について言えば、単列旋回方式、二列旋回方式、軸方向スライド方式共に同じ磁気回路を形成するため、制動トルクについて言えば、同様の特性を示す。

0028

したがって、二列旋回方式および軸方向スライド方式の渦電流式減速装置では、図3より分かるように、制動トルク向上の観点からすると、永久磁石は20極以上、46極以下が好ましく、20極以上、40極以下がさらに好ましい。

0029

本発明は、これらの知見を基になされたものである。
すなわち、本発明は、図1に示したような、単列旋回方式の渦電流式減速装置において、永久磁石3を20極以上、例えば40極とするものである。

0030

このように多極化することで、図2(b)に示すような、一つの永久磁石3が隣接するポールピース4を跨いで半分ずつ重なり合った状態(非制動時)において、永久磁石一個当たりの磁束が小さくなるなどにより、破線で示す漏れ磁束も減少するので、引きずりトルクの発生が低減する。

0031

また、制動トルクについて言えば、図2(a)に示すような、永久磁石3がポールピース4と重なり合う状態(制動時)における、支持リング2と、隣接する永久磁石3及び隣接するポールピース4と、制動ドラム1での、矢印で示すような磁気回路形成による制動トルクを従来に比べ大きくすることもできる。

0032

このように、本発明では、制動トルクの向上と共に引きずりトルクの大幅な低減を図ることができる。さらに、現行品と同様の引きずりトルクとする場合は、ポールピースの厚さを薄くでき、大幅な軽量化が図れる。

0033

また、従来は、永久磁石の固定に専用の磁石固定金具を使用する必要などがあったが、一つ一つの永久磁石の重量が軽くなったことによって、例えばエポキシタイプの接着剤によって永久磁石を固定することなどが可能になり、永久磁石の固定作業が従来よりも容易にかつ低コストで行えるようになる。

0034

また、従来アルミニウム合金などの非磁性材でポールピースを鋳包み、ポールピースを強固に固定する必要があったが、一つ一つのポールピースの寸法が小さくなり、ポールピースに作用する永久磁石3の吸引力が小さくなるため、図4(a)に示すような格子状の孔のあいた支持体5(非磁性板)へポールピース4を圧入カシメによって簡単に固定できたり、図4(b)および(c)に示すように、支持体5(非磁性板)へポールピース4を接着材7、溶接摩擦圧接などの方法で簡単に固定することが可能となり、従来の極数が少ない場合に比べても、製造コストを低減することが可能となる。

0035

上述した通り、本発明による多極化は、単列旋回方式の渦電流式減速装置のみならず、二列旋回方式や軸スライド方式の渦電流式減速装置にも適用可能である。その場合、永久磁石を20極以上、例えば30極とすればよい。このように多極化することで、単列旋回方式と同様、制動トルクの向上を図ることができる。また、一つ一つの永久磁石の重量が軽くなって、接着剤による永久磁石の固定が可能になり、永久磁石の固定作業が容易に行えることも同様である。

0036

なお、二列旋回方式の渦電流式減速装置は、図5に示すように、単列旋回方式の渦電流式減速装置における前記支持リング2が、固定支持された固定支持リング2aと、この固定支持リング2aに対して回動自在な可動支持リング2bとで構成され、また、前記ポールピース4が、固定支持リング2aの各永久磁石3aと可動支持リング2bの各永久磁石3bの両方を覆うように上方に配置された構成である点が相違しているだけで、基本的な構成は同じである。

0037

固定支持リング2a及び可動支持リング2bの外周面には、各々、一定の間隔を存して隣合う永久磁石の極性(永久磁石の制動ドラムに対向する面の極性)が互いに逆向きになるように、永久磁石3群が配置される。この二列旋回方式の渦電流式減速装置においては、固定支持リング2aと可動支持リング2b上の同じ周方向位置での永久磁石の磁極の向きが揃う場合(NとN、SとS、のように)に制動状態となり、固定支持リング2aと可動支持リング2b上の同じ周方向位置での永久磁石の磁極の向きが逆の場合(NとS、SとN、のように)に非制動状態となる。二列旋回方式の渦電流式減速装置においては、可動支持リング2bの回動により、制動状態と非制動状態が切り替えられる。

0038

軸方向スライド方式の渦電流式減速装置は、図6に示すように、単列旋回方式の渦電流式減速装置における前記支持リング2が、エアシリンダ8などによって、回転軸6の軸方向に移動(スライド)させられる構成である点が相違しているだけで、基本的な構成は同じである。ただし、軸方向スライド方式の装置においては、ポールピース4は制動状態と非制動状態の切替えに用いているわけではないので、ポールピース4は必ずしも必須ではない。

0039

図6に示されるように、永久磁石3が制動ドラム1に対向する位置にあるとき(図6右位置)が制動状態であり、永久磁石3が制動ドラム1と離れた位置にあるとき(図6左位置)が非制動状態である。非制動状態のとき、永久磁石3の磁束は、強磁性体カバー9により外部にもれないようにされる。

0040

なお、上述した本発明の単列旋回方式、二列旋回方式および軸方向スライド方式の渦電流式減速装置にあっては、制動ドラムの作用部に用いる強磁性材としては、鉄、コバルト、ニッケルおよびそれらの合金等、例えば、SS材SC材、SCM材、13%Crステンレス鋼などを用いればよい。さらに、例えば、制動ドラムの磁極と対向する面には、高導電率の材料の被覆層、例えば銅又は銅合金を含んだ被覆層を設けても良い。

0041

また、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、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。

0042

本発明は、バスやトラックなどの自動車のみならず鉄道車両にも適用できる。

図面の簡単な説明

0043

単列旋回方式の渦電流式減速装置の回転軸方向の断面図である。
単列旋回方式の渦電流式減速装置における磁気回路構成を示す説明図で、(a)は制動時、(b)は非制動時の状態を示した図である。
単列旋回方式のドラム式渦電流式減速装置における、永久磁石の極数と制動トルクと引きずりトルクの関係を示した図である。
(a)〜(c)は永久磁石及びポールピースの支持リング及び支持体への固定方法を示す説明図である。
二列旋回方式の渦電流式減速装置の回転軸方向の断面図である。
軸スライド方式の渦電流式減速装置の回転軸方向の断面図である。

符号の説明

0044

1制動ドラム
2支持リング
3永久磁石
4ポールピース
5支持体(非磁性板)
6回転軸
7接着剤
8エアシリンダ
9強磁性体カバー

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