JPH06261412A - 電磁式リターダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単であり、信頼性が高く、低コスト
で製作し得る電磁式リターダを提供する。 【構成】 車両用の変速装置の出力軸の近傍に設けら
れ、導電性材料により中空円筒状に形成した渦流円筒
と、この渦流円筒の内周面と対向する複数個の励磁コイ
ルを有する支持部材とからなり、この支持部材と前記渦
流円筒とを相対回転可能に形成し、前記励磁コイルに通
電して前記渦流円筒に渦電流を発生させることにより制
動トルクを得るように構成した電磁式リターダにおい
て、発電コイルとこの発電コイルと鎖交する磁束を発生
する界磁手段とを相対回転可能に形成してなるエキサイ
タを設け、前記発電コイルに発生した電圧を前記励磁コ
イルに供給するように形成し、前記界磁手段を負の温度
特性を有する永久磁石材料によって構成すると共に、前
記界磁手段と前記渦流円筒とを熱伝導可能に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用の変速装置の出力
軸の近傍に設けられ、渦電流により制動トルクを得るよ
うに構成した電磁式リターダに関するものであり、特に
渦電流発生用の励磁コイルへの供給電力を効率的に制御
することにより渦流円筒の過熱を防止するように改良し
た電磁式リターダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、物流の主役をトラックが担うよう
になり、特にディーゼルエンジンを搭載した大型トラッ
クによる物流費用の低減が進んでいる。一方このような
車両用エンジンについても、ターボ化および小型軽量化
による高性能化の開発、改良が進み、低燃費のエンジン
が出現している。しかしながら上記高性能化の進展によ
り、単位出力当りのエンジン容量の低減となる結果、例
えば長い下り坂におけるブレーキの過熱によるフェード
現象を避けるために使用するエンジンブレーキ若しくは
排気ブレーキの機能の低下を招来する。

【０００３】このため補助ブレーキとして作用するリタ
ーダが注目されている。このリターダの一つとして、変
速装置の出力軸部分に発電機を取付けて走行エネルギー
の吸収を行なう所謂電磁式リターダがある。また電磁式
リターダの他の態様として、励磁コイルと渦流板若しく
は渦流円筒とを対向させて設け、両者の相対回転による
渦電流を利用するものもある。

【０００４】図３は従来の電磁式リターダの説明図であ
り、（ａ）は要部端面、（ｂ）は要部縦断面を示す。図
３において３１は渦流円筒であり、中空円筒状に形成さ
れ、外周に複数個の放熱フィン３２が一体に設けられ、
出力軸（図示せず）と共に回転するように構成されてい
る。次に３３は支持部材であり、例えば中空円筒状に形
成され、外周に複数個の磁極片３４を固着され、この磁
極片３４に励磁コイル３５が巻装されている。そして励
磁コイル３５に直流電源（図示せず）から給電すること
により、磁極片３４の先端に円周方向に交互にＮ，Ｓ磁
極が出現するように構成する。

【０００５】上記の構成により、渦流円筒３１が回転し
ている状態で励磁コイル３５に給電すると、磁極片３４
の先端に円周方向に交互にＮ，Ｓ磁極が出現するから、
渦流円筒３１に渦電流が発生し、この渦電流と励磁コイ
ル３５による磁界との間において渦流円筒３１の回転方
向と逆方向の電磁力が発生する。従ってこの電磁力が渦
流円筒の回転運動に対してブレーキ作用を及ぼすのであ
る。なお渦電流によるジュール熱は、放熱フィン３２を
介して放出され、渦流円筒３１の温度上昇が防止され
る。

【０００６】上記構成の電磁式リターダにおいて、ブレ
ーキ作用若しくは制動トルクを大にするためには、まず
渦流円筒３１の直径を大に形成することが考えられる
が、電磁式リターダが装着される変速装置の出力軸の近
傍の空間が狭小であるため、実際上は困難である。一方
上記制動トルクは、渦流円筒３１に発生する渦電流に起
因する渦電流損に比例する。

【０００７】そして上記渦電流損は、渦流円筒３１の内
周面と磁極片３４の先端とのギャップにおける磁束密度
の増加に伴って増加するため、励磁コイル３５の巻数を
大にすることが、制動トルクの向上に有効である。しか
しながらこのように励磁コイル３５の出力を大にするた
めには、この励磁コイル３５に供給する電源、例えば発
電機若しくはバッテリの容量を大にしなければならず、
装置全体が大型化するという問題点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点を解決する
ために、本出願人はすでに励磁コイル３５に給電するた
めの励磁機若しくはエキサイタを備えた電磁式リターダ
について出願している（例えば実願平３−９８７７１
号）。すなわち励磁コイル３５が装着された支持部材３
３に励磁機電機子コイル（図示せず）を設けると共に、
この励磁機電機子コイルと鎖交する磁束を発生させる励
磁機用界磁手段（図示せず）を設け、励磁機電機子コイ
ルに発生した電圧を励磁コイル３５に供給するように構
成することを内容とするものである。

【０００９】上記のように構成することにより、渦電流
を発生させる励磁コイル３５と同一の支持部材３３に励
磁機を設け、励磁コイル３５の電源としたので、励磁コ
イル３５に充分な励磁電流を供給することができ、ギャ
ップにおける磁束密度を大きく確保でき、制動トルクの
大なる電磁式リターダを得ることができるという効果を
奏する。

【００１０】しかしながら上記の提案においても、未だ
若干の問題点が存在することが判明した。すなわち渦電
流によって渦流円筒３１に発生するジュール熱は、前記
のように放熱フィン３２を介して外界に放熱されるので
あるが、長時間の運転によって渦流円筒３１が高温にな
る場合がある。また渦流円筒３１は放熱作用を確保する
ために、一般に回転側に設けられる。従って高温時にお
いては遠心力によるクリープ現象を無視することができ
なくなるという問題点がある。

【００１１】このため図２（ｂ）に示すように磁極片３
４内に温度センサ３６を設けて渦流円筒３１の温度を検
出し、渦流円筒３１が所定の温度を超えないようにする
必要がある。

【００１２】図４は図３における渦流円筒３１の温度制
御手段の例を示す電気回路図である。図４において、４
１は励磁コイルであり、前記図３における励磁コイル３
５と対応する。４２は直流電源であり、例えば前記提案
における励磁機からの発生電圧を整流して得られるもの
である。そして励磁コイル４１と直流電源４２との間に
は、例えばトランジスタＱを構成要素とする制御回路４
３を介装させる。４４は温度センサであり、前記図３
（ｂ）における温度センサ３６と対応し、検出信号を制
御回路４３に出力可能に接続する。

【００１３】上記の構成において、前記図３に示す渦流
円筒３１が所定温度以下においては、図４に示す温度セ
ンサ４４が作動状態にあるため、トランジスタＱにはベ
ース電流が流れ、制御回路４３を介して直流電源４２か
ら励磁コイル４１に給電し、前記のように制動トルクを
得ることができる。そして図３に示す渦流円筒３１が予
め設定された温度を超えると、図４に示す温度センサ４
４からの信号により、制御回路４３が不作動状態とな
り、直流電源４２から励磁コイル４１への給電を遮断
し、図３に示す渦流円筒３１における渦電流の発生を阻
止し、渦流円筒３１が過熱状態となるのを防止するので
ある。

【００１４】上記構成の電磁式リターダにおける温度セ
ンサ３６は、一般に機械的強度が小であるため損傷し易
いと共に、渦流円筒３１の温度を間接的に検出するもの
であるため、応答速度が遅く、信頼性が低いという問題
点がある。また温度センサ３６の取付が煩雑であると共
に、渦流円筒３１の温度制御のために図４に示すような
制御回路４３を設ける必要があるため、製作コストが上
昇するという問題点も併存する。

【００１５】本発明は前記従来技術に存在する問題点を
解決すると共に、上記改良提案の内容を更に改良し、構
造が簡単であり、信頼性が高く、かつ低コストで製作し
得る電磁式リターダを提供することを目的とするもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、車両用の変速装置の出力軸の近
傍に設けられ、導電性材料により中空円筒状に形成した
渦流円筒と、この渦流円筒の内周面と対向する複数個の
励磁コイルを有する支持部材とからなり、この支持部材
と前記渦流円筒とを相対回転可能に形成し、前記励磁コ
イルに通電して前記渦流円筒に渦電流を発生させること
により制動トルクを得るように構成した電磁式リターダ
において、発電コイルとこの発電コイルと鎖交する磁束
を発生する界磁手段とを相対回転可能に形成してなるエ
キサイタを設け、前記発電コイルに発生した電圧を前記
励磁コイルに供給するように形成し、前記界磁手段を負
の温度特性を有する永久磁石材料によって構成すると共
に、前記界磁手段と前記渦流円筒とを熱伝導可能に接続
する、という技術的手段を採用した。

【００１７】本発明において、永久磁石材料としてはＢ
ａフェライト、Ｓｒフェライトのようなフェライト系、
若しくはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のものを使用することができ
る。またこれらの材料からなる永久磁石は、粉末冶金手
段による焼結磁石とすることが好ましい。

【００１８】次に渦流円筒と支持部材とは相対回転可能
に構成するのであるが、渦流円筒に発生するジュール熱
の放散を助長するために、支持部材を固定し、渦流円筒
を回転させる構成とすることが好ましい。

【００１９】

【作用】上記の構成により、車両の走行中においては、
変速装置の出力軸と連動させて例えば界磁手段を回転さ
せると、例えば静止状態に保持された発電コイルを鎖交
する磁束により、発電コイルに交流電圧が発生するか
ら、この交流電圧を適宜の整流手段を介して励磁コイル
に供給することができる。そしてこの励磁コイルへの通
電によって例えば回転する渦流円筒に渦電流を発生さ
せ、前記のようにして制動トルクを得ることができるの
である。

【００２０】一方上記制動作用の継続により、渦流円筒
は渦電流によって発生するジュール熱によって温度が上
昇すると共に、このジュール熱が前記界磁手段に伝導
し、界磁手段をも温度上昇させる。界磁手段は負の温度
特性を有する永久磁石材料によって構成されているか
ら、界磁手段の温度上昇に伴なってエキサイタを構成す
る発電コイルへの鎖交磁束を減少させる結果、励磁コイ
ルへの出力を減少させ、従って渦電流を減少させ、渦流
円筒の昇温を防止することができる。そして最終的には
所定の温度以下となるように制御できるのである。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部縦断面図で
ある。図１において、１は出力軸であり、鎖線で示す変
速装置２の出力側に回転可能に突設してある。３はハブ
であり、出力軸１の端部にワッシャ４およびナット５を
介して固着する。次に６はブレーキドラムであり、椀状
に形成すると共に、ボルト８を介してハブ３に同軸的に
固着する。

【００２２】９はヨークであり、例えば軟鉄のような強
磁性材料により、出力軸１の軸線を含む断面形状がＬ字
形のリング状に形成すると共に、複数個のスポーク１２
を介してボルト等の締結手段（図示せず）により前記ブ
レーキドラム６に固着する。ヨーク９の内周面には例え
ばアークセグメント状に形成したフェライト系の永久磁
石１０を、その内表面にＮＳ磁極が交互に出現するよう
に例えば１６個を円周方向等間隔に配設する。

【００２３】１１は渦流円筒であり、例えば鉄系合金の
ような導電性材料により中空円筒状に形成し、前記ヨー
ク９と連結する。１４は放熱用のフィンであり、渦流円
筒１１の外周に一体に複数個を突設する。なお渦流円筒
１１とヨーク９とは熱伝導可能に接続するものとする。

【００２４】次に１５は支持板であり、例えば中央部に
凹部１６を有する円板状に形成し、変速装置２の出力軸
１側の端部に固着する。１７は支持部材であり、例えば
軟鉄のような強磁性材料により、リング状に形成し、前
記支持板１５にボルト（図示せず）を介して固着する。

【００２５】１８はポールコアであり、軟鉄のような強
磁性材料により短柱状に形成し、ボルト１９を介して支
持部材１７の外周に渦流円筒１１の内周面と微小間隙を
介して、例えば１８個を円周方向等間隔に固着する。２
０は励磁コイルであり、ポールコア１８に巻装する。次
に２１はエキサイタコアであり、電磁鋼板をラミネート
することにより形成される。支持部材１７の外周に前記
永久磁石１０の内表面と微小間隙を介して、例えば４８
スロット構成とする。これらのエキサイタコア２１のス
ロットには夫々発電コイル２２を巻装し、永久磁石１０
と共にエキサイタを構成する。なお発電コイル２２と前
記励磁コイル２０とは、例えばダイオードのような整流
手段およびスイッチ（何れも図示せず）を介して接続
し、発電コイル２２に発生した交流電圧から整流した直
流電圧を励磁コイル２０に供給遮断可能に形成する。

【００２６】上記の構成により、次に作用について記述
する。まずブレーキドラム６の内周面に圧接されている
パーキング用のブレーキシュー（図示せず）を解放し、
変速装置２を介して出力軸１を回転させると、ハブ３、
ブレーキドラム６、ヨーク９、スポーク１２および渦流
円筒１１は一体となって回転する。なお出力軸１の回転
は、ハブ３に適宜な連結手段を介して連結されたプロペ
ラ軸（何れも図示せず）により、駆動用車軸に伝達され
る。

【００２７】次に電磁式リターダを作動させるために
は、発電コイル２２と励磁コイル２０とをスイッチ（図
示せず）を介して接続すれば、静止状態に保持された発
電コイル２２に対して、回転する永久磁石１０からの磁
束が鎖交しているから、発電コイル２２に交流電圧が誘
起され、この交流電圧から整流された直流電圧を励磁コ
イル２０に供給することができる。

【００２８】そしてこの励磁コイル２０への通電によっ
てポールコア１８から渦流円筒１１に磁束を鎖交させる
から、渦流円筒１１に渦電流を発生させ、この渦電流に
よる磁界と前記励磁コイル２０による磁界とが相反して
作用する結果、渦流円筒１１に制動力を付与するのであ
る。なお渦流円筒１１に誘起された渦電流によってジュ
ール熱が発生するが、このジュール熱はフィン１４を介
して外界へ放熱される。しかしながら上記電磁式リター
ダの作動を継続すると、渦流円筒１１に蓄積される熱が
漸増し、渦流円筒１１が昇温するので、本発明において
は下記のようにして所定以上の昇温を防止するようにし
ている。

【００２９】図２は本発明の実施例における時間と特性
との関係を示す説明図である。前述のように電磁式リタ
ーダの作動を継続すると、図１に示す渦流円筒１１に発
生するジュール熱によって渦流円筒１１が昇温する一方
において、このジュール熱はヨーク９を介して、エキサ
イタを構成する永久磁石１０に伝播し、永久磁石１０も
また昇温する。

【００３０】この場合永久磁石１０は、温度係数が略−
０．２％／℃のフェライト系のものによって形成されて
いるため、上記昇温により残留磁束密度が減少し、発電
コイル２２に作用する磁束量を減少させる結果、エキサ
イタ出力は図２に示すように時間と共に漸減する。従っ
て図１に示す励磁コイル２０への給電量も減少し、制動
トルクもまた図２に示すように略比例的に漸減するので
ある。

【００３１】一方上記図１に示す励磁コイル２０への給
電量が減少すると、渦流円筒１１に誘起される渦電流も
減少することとなり、この結果ジュール熱が減少し、図
２に示すように渦流円筒の温度上昇が緩慢となり、最終
的にはある一定の温度に落着くことになるのである。す
なわち本発明の電磁式リターダにおいては、負の温度係
数を有するフェライト系の永久磁石１０によってエキサ
イタの界磁手段としたことにより、図１に示す渦流円筒
１１の非所望な昇温を防止若しくは制御することができ
るのである。なお図２における渦流円筒の温度は、構成
材料の高温クリープ強度と対応させて適宜選定すること
ができる。

【００３２】本実施例においては、エキサイタを構成す
る界磁手段としてフェライト系の永久磁石１０を使用し
た例について記述したが、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石
（温度係数−０．１３％／℃）を使用してもよい。また
エキサイタを構成する永久磁石１０と発電コイル２２の
設置位置は、本実施例のものに限らず、要するに界磁手
段としての永久磁石１０からの磁束が発電コイル２２を
鎖交するものである限りにおいて、適宜の変更、変形が
可能である。

【００３３】更に渦流円筒１１と、励磁コイル２０およ
び発電コイル２２を装着した支持部材１７とは、相対回
転するように形成する限りにおいて、何れか一方が固定
されればよいが、渦流円筒１１からの放熱を促進するた
めに、渦流円筒１１が回転する態様のものが好ましい。
なお永久磁石１０、発電コイル２２および励磁コイル２
０の形状、寸法、設置個数は、出力軸１からの出力、電
磁式リターダとしての所要制動トルク、設置スペース等
を勘案して適宜選定可能であることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上記述のような構成および
作用であるから、下記の効果を奏することができる。

【００３５】（１）渦電流を発生させるべき励磁コイル
への給電をエキサイタによって行なうものであるため、
バッテリ、発電機およびハーネスとして特別のものを装
着する必要がなく、通常のものを使用でき、装置全体を
コンパクト化することができるので、車両用として好適
である。

【００３６】（２）渦流円筒の昇温防止若しくは温度制
御手段として、機械的強度が小である温度センサを使用
する必要がなく、また制御用の半導体回路も不要とな
り、構造が簡単であると共に、製作コストを低減させ、
かつ信頼性を向上させ得る。

【００３７】（３）エキサイタを構成する界磁手段に、
負の温度係数若しくは温度特性を有する永久磁石を使用
したことにより、エキサイタの出力に温度依存性を付与
することができ、これにより渦流円筒の非所望な温度上
昇を防止し、かつ高温クリープ発生温度未満に制御する
ことができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部縦断面図である。

【図２】本発明の実施例における時間と特性との関係を
示す説明図である。

【図３】従来の電磁式リターダの説明図であり、（ａ）
は要部端面、（ｂ）は要部縦断面を示す。

【図４】図３における渦流円筒３１の温度制御手段の例
を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１０ 永久磁石 １１ 渦流円筒 １７ 支持部材 ２０ 励磁コイル ２２ 発電コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両用の変速装置の出力軸の近傍に設け
   られ、導電性材料により中空円筒状に形成した渦流円筒
   と、この渦流円筒の内周面と対向する複数個の励磁コイ
   ルを有する支持部材とからなり、この支持部材と前記渦
   流円筒とを相対回転可能に形成し、前記励磁コイルに通
   電して前記渦流円筒に渦電流を発生させることにより制
   動トルクを得るように構成した電磁式リターダにおい
   て、発電コイルとこの発電コイルと鎖交する磁束を発生
   する界磁手段とを相対回転可能に形成してなるエキサイ
   タを設け、前記発電コイルに発生した電圧を前記励磁コ
   イルに供給するように形成し、前記界磁手段を負の温度
   特性を有する永久磁石材料によって構成すると共に、前
   記界磁手段と前記渦流円筒とを熱伝導可能に接続したこ
   とを特徴とする電磁式リターダ。
2. 【請求項２】 永久磁石材料がフェライト系若しくはＮ
   ｄ−Ｆｅ−Ｂ系であり、支持部材を固定し渦流円筒を回
   転させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の電
   磁式リターダ。