JPH1052028A - 電磁力ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行速度に係わらず制動力を自由に制
御でき、かつ装置の構成を簡単にしてコンパクト化にも
適した電磁力ブレーキ装置を得る。 【解決手段】 回転軸２と一体回転するマグネットロー
タ３の外周部には、所定角度ごとに磁極が形成されてい
る。一方、マグネットロータ３の側方のステータ側に
は、磁極の配置角度と同じ角度で複数の磁極部５Ａ〜５
Ｄが設けてある。また、一つの磁極部５Ａに近接して磁
極センサ７が設けられている。前記磁極センサ７が磁極
を検出すると、前記磁極部５Ａは前記磁極と反対極性と
なるように励磁され、その他の磁極部５Ｂ〜５Ｄもそれ
ぞれに対向する磁極と反対極性となるように励磁され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等の補助ブレ
ーキ装置として用いて好適な電磁力ブレーキ装置に関す
るもので、詳しくは、回転軸に連結されたマグネットロ
ータと前記マグネットロータの側方または周囲に配備し
たステータとの間の電磁力により前記回転軸に制動力を
発生させるようにした電磁力ブレーキ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】トラック、バス等の大型車両において
は、主ブレーキである摩擦ブレーキ装置の他に、補助ブ
レーキ装置を装着したものが知られている。前記補助ブ
レーキ装置は、例えば降坂時における高速からの減速時
等に制動トルクを発生させ、摩擦ブレーキ装置の温度上
昇によるフェードを防止し、車両の安全性及び摩擦材の
耐久性を向上させるもので、この補助ブレーキ装置とし
ては、これまで、流体式リターダ（実開平５−３６６５
号公報参照）やうず電流式リターダ（特開平４−１６１
０５４号公報参照）が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した流
体式リターダやうず電流式リターダは、いずれも、制動
力が車両の走行速度に依存していて、車両の走行速度が
低い場合には小さな制動力しか発揮できず、補助的なブ
レーキ装置としてしか用いられないという問題があっ
た。また、主ブレーキのように、発生する制動力の大き
さを運転者が広範囲にわたって自由にコントロールする
ことができないという問題もあった。そして、流体式リ
ターダの場合は、ポンプ、リザーバ、ラジエータ等を必
要とするため、さらに、装置が複雑で大型化してしまう
という問題もあった。

【０００４】そこで、本発明の目的は上記課題を解消す
ることにあり、車両のブレーキ装置として利用した場合
に、車両の走行速度に関係なく、発生する制動力の大き
さを広範囲にわたって自由にコントロールすることがで
き、また装置の構成が単純で装置のコンパクト化にも適
した電磁力ブレーキ装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る電磁力ブレーキ装置の構成は、回転軸と
一体回転し、周方向に複数の磁極を有したマグネットロ
ータと、前記マグネットロータと対向する位置に設けら
れたステータと、前記ステータ側にあって前記マグネッ
トロータ上の互いに隣接する磁極間の配置角と略同角度
に形成し配設した複数の磁極部と、通電により前記磁極
部をＮ極またはＳ極に磁極化する励磁コイルと、前記磁
極部の任意の一つに近接配置され、その位置を通過する
前記マグネットロータ上の磁極を検出する磁極センサ
と、前記磁極センサの検出信号に基づいて前記励磁コイ
ルへの通電を制御する制御回路とを備え、前記制御回路
は、前記ステータ側の各磁極部を、それぞれに対向する
前記マグネットロータ上の磁極と反対の磁極となるよう
に極性を切り換える通電極性設定手段を備えることを特
徴とするものである。

【０００６】あるいは、前記制御回路は前記磁極部の磁
界強度を制御する磁界強度設定手段を備えることを特徴
としてもよい。あるいは、前記ステータは、前記マグネ
ットロータの側方にあって前記回転軸が中心位置に貫設
されていることを特徴としてもよい。あるいは、前記マ
グネットロータとステータの組み合わせを２対前記回転
軸上に設けたことを特徴としてもよい。

【０００７】そして、磁極センサがマグネットロータ上
の磁極を検出すると、通電極性設定手段が、検出した磁
極の極性と反対になるように磁極センサに近接したステ
ータ側の磁極部の極性を設定する。また、このときステ
ータ側の他の磁極部は、マグネットロータ上の磁極とそ
れぞれ対向状態に配設されるが、いずれの磁極と磁極部
との関係においても、極性が反対になるように設定され
る。このように、回転するマグネットロータの磁極が、
ステータ側の磁極部と対向位置に来たとき、この磁極部
をマグネットロータと反対極性になるよう励磁してステ
ータ側の全ての磁極部からマグネットロータに対して磁
気吸引力を作用させることによって、マグネットロータ
と一体化した回転軸が制動される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電磁力ブレー
キ装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明
する。図１は本発明に係る電磁力ブレーキ装置の一実施
形態での概略構成図、図２は図１の要部断面図である。
この電磁力ブレーキ装置１は、車両に搭載してブレーキ
装置として活用されるもので、回転軸２に固着されて回
転軸２と一体回転するマグネットロータ３と、車体側に
固設されてマグネットロータ３が対向配置されるステー
タ２２と、マグネットロータ３と対向するステータ２２
面に配置されて励磁コイル６Ａ、６Ｂを巻回した一対の
ヨーク４Ａ、４Ｂと、マグネットロータ３の磁極を検出
する磁極センサ７と、励磁コイル６Ａ、６Ｂを電流制御
する制御回路８とを主要部として構成される。

【０００９】マグネットロータ３は、略円盤状に形成さ
れて回転軸２が中心を貫通した状態で結合すると共に、
磁極のＮ極（図中、‘Ｎ’と記す）とＳ極（図中、
‘Ｓ’と記す）とが回転中心を挟んで対向する外周上の
４位置にそれぞれ一定間隔で交互に配置された構成から
なる。即ち、マグネットロータ３はＳ極とＮ極とが回転
軸２を中心として９０度ずつの角度に配置されている。
またマグネットロータ３は、回転軸２がステータ２２を
回転自在に貫通することでステータ２２と対向配置され
る。

【００１０】マグネットロータ３とステータ２２の組み
付け構造について更に詳述すると、図２に示すように、
マグネットロータ３は、回転軸２が貫設された有底円筒
状のアウターロータ２１の底部内面に固定され、回転軸
２と共に回転する構成からなる。一方、回転軸２が回転
自在に中心部を貫通したステータ２２は、アウターロー
タ２１の円筒内周面に係合し、中央部に、後述する一対
のヨーク４Ａ、４Ｂが取り付けられている。なお、図２
にはヨーク４Ａのみが示されているが、紙面の鉛直方向
にヨーク４Ｂが設けてある。

【００１１】一対のヨーク４Ａ、４Ｂは、ステータ２２
の、回転軸２を挟んで対向する位置で互いに平行に配置
されている。また、各ヨーク４Ａ、４Ｂの中央部には、
励磁コイル６Ａ、６Ｂが巻回されている。この励磁コイ
ル６Ａ、６Ｂを通電することにより、各ヨーク４Ａ、４
Ｂは両端に磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを形成し、各
磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５ＤはＮ極またはＳ極に磁極
化される。即ち、一方のヨーク４Ａにおいて、励磁コイ
ル６Ａの通電により磁極部５ＡがＮ極となれば、反対側
の磁極部５ＢはＳ極となる。同様に、他方のヨーク４Ｂ
において、励磁コイル６Ｂの通電により磁極部５ＣがＳ
極になれば反対側の磁極部５ＤはＮ極となる。そして、
各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、マグネットロータ
３の側方にあって、その先端がマグネットロータ３から
所定間隔だけ離れて対面配置されると共に、回転軸２を
中心に９０度間隔となるように設定されている。つま
り、マグネットロータ３の隣接する磁極間の角度と同角
度に設定されている。これにより、マグネットロータ３
のある一つの磁極がステータ２２の任意の磁極部と対向
すれば、マグネットロータ３の他の磁極もステータ２２
の他の磁極部と対向することになる。

【００１２】以上の構成から分かるように、この電磁力
ブレーキ装置１は、各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの
磁極化によって、回転するマグネットロータ３に対し制
動力となる磁気吸引力あるいは磁気反発力を付与するも
のである。なお、回転軸２には、車軸あるいは変速機出
力軸が該当する。

【００１３】磁極センサ７は、任意の磁極部の一つ（本
実施形態では、磁極部５Ａ）に近接配置され、その磁極
部５Ａ上を通過するマグネットロータ３の磁極が検出で
きるホール素子からなる。

【００１４】制御回路８は磁極センサ７の磁極検出信号
に基づいて各励磁コイル６Ａ、６Ｂへの通電を制御す
る。また、制御回路８は、車両のブレーキペダル９の操
作量（踏下量）を検出するペダルセンサ１０を監視して
いて、運転者がブレーキペダル９を踏下することで、作
動を開始する。この制御回路８には、通電極性設定手段
１１と、磁界強度設定手段１２とが装備されている。

【００１５】ここに、通電極性設定手段１１は、磁極セ
ンサ７がマグネットロータ３の磁極を検出すると、この
磁極センサ７と近接する磁極部５Ａが、検出された磁極
と反対の磁極となるように、励磁コイル６Ａに通電す
る。例えば、検出されるマグネットロータ３の磁極がＮ
極であれば磁極部５ＡをＳ極とし、磁極がＳ極であれば
磁極部５ＡをＮ極とする。励磁の切り換えは直流電源の
プラス極、マイナス極を切り換えて行う。そして、磁気
センサ７に近接する磁極部５Ａが、マグネットロータ３
の磁極と反対極性に励磁されたとき、マグネットロータ
３の他の磁極にそれぞれ対向する各磁極部５Ｂ、５Ｃ、
５Ｄも全て反対磁極となるように励磁される。

【００１６】磁界強度設定手段１２は、各励磁コイル６
Ａ、６Ｂに流れる励磁電流の大きさ、または励磁パルス
のデューティ比を、ブレーキペダル９の操作量に応じて
制御して、各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの磁界強度
をブレーキペダル９の操作量に応じた大きさに制御す
る。

【００１７】次に、本発明による電磁力ブレーキ装置の
動作について、図３（ａ）〜（ｈ）により説明する。な
お、以下の説明において、車両の前進走行の場合、回転
軸２及びマグネットロータ３が時計回りに回転するもの
として、前進走行時でのブレーキ動作について説明す
る。また、マグネットロータ３の外周に９０度ごとに形
成された磁極は、各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄとの
位置関係を判り易くするために、マグネットロータ３の
外方に、‘Ｎ’、‘Ｓ’で示してある。先ず、図３
（ａ）に示すように、マグネットロータ３の磁極Ｎが磁
極センサ７によって検出されると、通電極性設定手段１
１は、磁極部５ＡがＳ極になるように励磁コイル６Ａに
通電する。これにより、磁極部５ＡはＳ極に、従って磁
極部５Ａと反対側の磁極部５ＢはＮ極に励磁される。ま
た、磁極部５ＣがＮ極になるように励磁コイ６Ｂに通電
する。これにより、磁極部５ＣはＮ極に、従って磁極部
５Ｃと反対側の磁極部５ＤはＳ極に励磁される。このよ
うに各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを励磁すれば、各
磁極と磁極部との間には磁気吸引力が作用することにな
り、マグネットロータ３が時計回り方向に回転しようと
する力を阻止するブレーキ力が得られることになる。

【００１８】このブレーキ力により回転速度を減じられ
たマグネットロータ３が、未だ回転力が勝って図３
（ａ）の状態から更に４５度回転して図３（ｂ）の状態
になったとき、磁極部５Ａと、この磁極部５Ａを通過し
た磁極Ｎ極との間にはＦ１で示される吸引力が働き、こ
のＮ極と９０度前方に位置する磁極部５Ｂとの間にはＦ
２で示される反発力が働くことになる。従って、この状
態でもマグネットロータ３は回転方向と反対方向に付勢
される。

【００１９】マグネットロータ３が図３（ｂ）の状態か
ら更に４５度回転して図３（ｃ）の状態になったとき、
磁極センサ７は今回はマグネットロータ３のＳ極を検出
することになる。すると、前述と同様にして、磁極部５
ＡはＮ極に、磁極部５ＢはＳ極に、また磁極部５ＣはＮ
極に、磁極部５ＤはＮ極にそれぞれ磁化され、前記と同
様、各磁極と磁極部との間には磁気吸引力が作用するこ
とになり、マグネットロータ３は回転が阻止される力を
受ける。マグネットロータ３は図３（ａ）〜（ｃ）の間
に９０度回転するが、図３（ｂ）に示す吸引力Ｆ１と反
発力Ｆ２は、この間大きさを変えながらマグネットロー
タ３にブレーキ力を作用し続けている。

【００２０】次いで、マグネットロータ３が図３（ｃ）
の状態から更に４５度回転して図３（ｄ）の状態になっ
たとき、磁極部５Ａと、この磁極部５Ａを通過した磁極
Ｓ極との間に働く吸引力、このＳ極と９０度前方に位置
する磁極部５Ｂとの間に働く反発力によって、前回と同
様、マグネットロータ３は回転方向と反対方向に付勢さ
れる。以下、同様にして、マグネットロータ３の回転
力、言い換えれば、駆動軸２の駆動力が勝っている間、
図３（ａ）と同じ図３（ｅ）の状態、図３（ｂ）と同じ
図３（ｆ）の状態、図３（ｃ）と同じ図３（ｇ）の状
態、図３（ｄ）と同じ図３（ｈ）の状態が交互に繰り返
されて、マグネットロータ３には制動力が作用され続け
る。このように、マグネットロータ３には、その回転中
のどの角度においても、電磁力により大きなブレーキ力
が与えられることになる。

【００２１】ここで、回転軸２に作用する制動力の大き
さは、各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄとマグネットロ
ータ３上の磁極との間に生じる磁気力の大きさによって
決まる。そして、磁気力の大きさは、各磁極部５Ａ、５
Ｂ、５Ｃ、５Ｄの磁界強度を変更することで、マグネッ
トロータ３の回転速度或いは回転方向に関係なく自由に
変えることができる。

【００２２】各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの磁界強
度は、各ヨーク４Ａ、４Ｂに装備されている励磁コイル
６Ａ、６Ｂに流される励磁電流の大きさ、又は励磁パル
スのデューティ比、もしくは励磁電圧の大きさによって
コントロールすることができる。即ち、回転軸２に作用
する制動力の大きさは、前述の磁界強度設定手段１２が
ブレーキペダル９の操作量に応じて、各励磁コイル６
Ａ、６Ｂに流される励磁電流の大きさ又は励磁パルスの
デューティ比を適宜値に制御することで、制御すること
ができる。従って、車両のブレーキ装置として使用され
た場合、発生する制動力の大きさを広範囲にわたってコ
ントロールすることができ、サービスブレーキとして用
いることができる。

【００２３】なお、上記実施形態では、マグネットロー
タ３の磁極の数、及びステータ側のヨーク４に形成され
る磁極部５の数をそれぞれ４個として周方向の９０度ご
とに配置したが、この数は任意に設定できるものであ
る。また、上記実施形態では、マグネットロータ３の側
方にステータの各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを設け
る構成としたが、各磁極部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄをマ
グネットロータ３の周面に設ける構成としてもよい。

【００２４】図４は、本発明の他の実施形態を示す、マ
グネットロータとステータとの組み合わせを回転軸方向
に沿って２組装備した電磁力ブレーキ装置の構成図であ
る。即ち、この実施形態では、先のマグネットロータ３
と、ステータ２２上に配置される一対のヨーク４との組
が、回転軸２上に２組装備されたものである。しかし、
この実施形態の場合には、図示してはないが、磁極セン
サは一個だけで構成することができる。このように構成
することで、マグネットロータ３とヨーク４との間に作
用する電磁力も２倍になって更に大きな制動力の電磁力
ブレーキ装置が得られる。図５は、本発明の更に他の実
施形態を示し、ヨーク４、磁極部５及びコイル６が回転
軸２と並行に２組配置されたもので、本発明はこのよう
に構成しても勿論よい。

【００２５】本発明の電磁力ブレーキ装置は車両用に制
限されるものではなく、一般の産業機械における回転軸
の制動にも広く利用できる。また、本発明に係る電磁力
ブレーキ装置の場合、発生する制動力は、制御回路８に
装備した磁界強度設定手段１２で励磁電流や励磁パルス
のデューティ比を制御させること以外に、装備する磁極
部５の数や、励磁コイル６の巻数等によっても調整する
ことができ、車両のブレーキ装置として利用する場合、
車両の重量や走行性能に応じて磁極部５の数や励磁コイ
ル６の巻数を変更することで、多種の車両に対して良好
な制動性能を発揮させることができる。また、本発明の
電磁力ブレーキ装置においては、磁極センサは１個で済
み、またマグネットロータ３の回転方向は問わないの
で、回転方向検出手段も必要がない。従って、非常に簡
易な構成とすることができ、コスト低減を図ることがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の電磁力ブレ
ーキ装置によれば、磁極センサがマグネットロータの磁
極を検出すると、通電極性設定手段が各励磁コイルの通
電極性を決定し、マグネットロータの各磁極とそれぞれ
対向する磁極部が反対極性となるように励磁する。これ
により、各磁極と磁極部との間には磁気吸引力及び磁気
反発力が作用してマグネットロータの回転を阻止しよう
とすることから、大きな制動力が得られる。そして、回
転軸に発生する制動力の大きさは、各磁極部とマグネッ
トロータ上の磁極との間に生じる磁気力の大きさによっ
て決まる。そしてこの磁気力の大きさは、ステータ側の
各磁極部の磁界強度を変更することにより行われる。各
磁極部の磁界強度は、各励磁コイルに流される励磁電流
の大きさまたは励磁パルスのデューティ比によってコン
トロールすることができる。即ち、回転軸に発生する制
動力の大きさは、磁界強度設定手段が各励磁コイルに流
す励磁電流の大きさ、又は励磁パルスのデューティ比を
適宜値に制御することで、車両の低速域でも大きな制動
力を得ることができる。また、流体式リターダなどと比
較すると、装置の構成が非常に単純で、装置のコンパク
ト化にも適する。なお、本発明によるブレーキ装置は、
サービスブレーキとしてのみならず、補助ブレーキ装置
としても用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁力ブレーキ装置の一実施形態
の概略構成図である。

【図２】図１の要部断面図である。

【図３】電磁力ブレーキ装置の一連動作を、（ａ）〜
（ｈ）に基づいて説明する図である。

【図４】本発明に係る電磁力ブレーキ装置の他の実施形
態の概略構成図である。

【図５】本発明に係る電磁力ブレーキ装置の更に他の実
施形態の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 電磁力ブレーキ装置 ２ 回転軸 ３ マグネットロータ ４Ａ、４Ｂ ヨーク ５Ａ〜５Ｄ 磁極部 ６Ａ、６Ｂ 励磁コイル ７ 磁極センサ ８ 制御回路 ９ ブレーキペダル １０ ペダルセンサ １１ 通電極性設定手段 １２ 磁界強度設定手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と一体回転し、周方向に複数の磁
   極を有したマグネットロータと、 前記マグネットロータと対向する位置に設けられたステ
   ータと、 前記ステータ側にあって前記マグネットロータ上の互い
   に隣接する磁極間の配置角と略同角度に形成し配設した
   複数の磁極部と、 通電により前記磁極部をＮ極またはＳ極に磁極化する励
   磁コイルと、 前記磁極部の任意の一つに近接配置され、その位置を通
   過する前記マグネットロータ上の磁極を検出する磁極セ
   ンサと、 前記磁極センサの検出信号に基づいて前記励磁コイルへ
   の通電を制御する制御回路とを備え、 前記制御回路は、前記ステータ側の各磁極部を、それぞ
   れに対向する前記マグネットロータ上の磁極と反対の磁
   極となるように極性を切り換える通電極性設定手段を備
   えることを特徴とする電磁力ブレーキ装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記磁極部の磁界強度
   を制御する磁界強度設定手段を備えることを特徴とする
   請求項１記載の電磁力ブレーキ装置。
3. 【請求項３】 前記ステータは、前記マグネットロータ
   の側方にあって前記回転軸がその中心位置に貫設されて
   いることを特徴とする請求項１記載の電磁力ブレーキ装
   置。
4. 【請求項４】 前記マグネットロータと前記ステータと
   の組み合わせを前記回転軸上に２対設けたことを特徴と
   する請求項２記載の電磁力ブレーキ装置。