JPH1052099A

JPH1052099A - ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH1052099A
Application number: JP20201596A
Authority: JP
Inventors: Megumi Eguchi; 恵江口
Original assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Current assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁力ブレーキ、電磁誘導ブレーキ、電力回
生ブレーキのそれぞれの特性を生かして消費電力を低減
させつつ、大きな制動力が得られるブレーキ装置を得
る。【解決手段】電磁誘導ブレーキ回路３１、電磁力ブレ
ーキ回路３２、電力回生ブレーキ回路３３を備え、ＥＣ
Ｕ８１は、高速回転域の低減速制動時は電磁誘導ブレー
キまたは電力回生ブレーキにより制動を行い、回転速度
の低下による制動力不足または高減速制動が必要となっ
た場合のみ電磁力ブレーキを作動させるべく、上記３つ
の回路を切り換え選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブレーキ装置に関
し、さらに詳しくは、公知の電磁誘導ブレーキ装置、電
力回生ブレーキ装置の他に、最近本出願人が提案した電
磁力ブレーキ装置を併せ備えるブレーキ装置に関するも
ので、特に各ブレーキ回路の切り換え技術に関する。

【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、流体式リターダやうず電流式リター
ダ、あるいは電磁誘導ブレーキ装置、電力回生ブレーキ
装置などが知られている。

【０００３】ここで、うず電流式リターダは、円筒状か
らなるロータと、ロータと同心状に配置したステータ上
の永久磁石、あるいはコイルを用いた電磁石から構成さ
れており、例えばコイルに通電して生じる磁場の中でロ
ータが回転することにより、ロータに発生するうず電流
が制動トルクを発生するようになっている。また、電磁
誘導ブレーキ装置は、回転軸と一体回転するマグネット
ロータの回転によってステータ側コイルに誘導電流を発
生させ、この誘導電流を消費することで制動力を発生さ
せるようになっている。同様に、電磁回生ブレーキ装置
は、回転軸と一体回転するマグネットロータの回転によ
ってステータ側コイルに誘導電流を発生させ、この誘導
電流を回生することで制動力を発生させるようになって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したブ
レーキ装置は、いずれも、制動力が車両等の走行速度に
依存していて、走行速度が低速の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。

【０００５】このような背景の基に、本出願人は、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
成が単純でコンパクト化にも適した電磁力ブレーキ装置
を既に提案している。図３は、先願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。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、略円盤状（または円筒状）をなすと共
に永久磁極のＮ極（図中に‘Ｎ’と記す）とＳ極（図中
に‘Ｓ’と記す）とが回転中心を挟んだ外周上の対向す
る２位置に配置された構成に設けられて回転軸３と一体
回転するマグネットロータ４と、マグネットロータ４の
周囲に等間隔で、かつマグネットロータ４の外周面から
一定距離離間した複数個所（図では４個所）に装備され
るステータ６Ａ〜６Ｄと、各ステータ６Ａ〜６Ｄごとに
装備されて通電によりマグネットロータ４側のステータ
端部７をＮ極またはＳ極に磁極化する励磁コイル９と、
隣合うステータ間の中間位置に装備されてその位置を通
過するマグネットロータ４上の磁極を検出する一対の磁
極センサ（例えば、ホール素子で構成される）１１、１
２と、マグネットロータ４の回転方向を検出する回転検
出手段１４と、磁極センサ１１、１２や回転検出手段１
４の検出信号に基づいて各ステータ６Ａ〜６Ｄの励磁コ
イル９への通電を制御する制御回路１６とを備えた構成
からなる。

【０００６】この電磁力ブレーキ装置１は、各ステータ
端部７の磁極化によって、マグネットロータ４と各ステ
ータ端部７との間に働く電磁力作用により回転軸３に制
動力をかける。回転軸３には、車軸あるいは変速機出力
軸が該当する。磁気センサ１１、１２は、前述したよう
にホール素子を使用したもので、隣接するステータ間に
装備されている。

【０００７】制御回路１６は、車両のブレーキペダル１
８の操作量（踏下量または踏力）を検出するペダルセン
サ２０を監視していて、運転者がブレーキペダル１８を
踏下することで、作動を開始する。この制御回路１６に
は、通電極性設定手段２２と、磁界強度設定手段２３と
が装備されている。

【０００８】ここに、通電極性設定手段２２は、マグネ
ットロータ４の磁極を検出した磁極センサ１１または磁
極センサ１２の位置を基準にして、磁極センサ１１、１
２からマグネットロータ４の回転方向前方側の半周分に
位置しているステータ６Ａ、６Ｂのマグネットロータ４
側の端部が、磁極センサ１１、１２が検出した磁極と同
じ極性に磁極化され、ステータ６Ｃ、６Ｄのステータ端
部７が前記磁極センサ１１、１２の検出した磁極と反対
極性に磁極化されるように、各励磁コイル９の通電極性
を設定するものである。具体的には、直流電源の陽・陰
極の切り換えで行われる。また、磁界強度設定手段２３
は、各励磁コイル９に流される励磁電流の大きさ、ある
いは励磁パルスのデューティ比を、ブレーキペダル１８
の操作量に応じて制御して、各ステータ端部７の磁界強
度をブレーキペダル１８の操作量に応じて変化させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記した電磁力ブレー
キ装置により、車両等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り自由にコントロールす
ることが可能になった。しかし、この電磁力ブレーキ装
置は、回転軸の回転が停止するまで高い制動力が得られ
る反面、作動中にコイルを励磁するため、頻繁に制動を
行うと電力消費が多くなり、バッテリーの劣化につなが
るという懸念がある。本発明は上記事情に鑑みなされた
もので、前記の電磁力ブレーキ装置及び公知の電磁誘導
ブレーキ装置、さらには電力回生ブレーキ装置を組み合
わせ、各ブレーキ装置の特性を生かしながら、電力消費
を抑えて大きな制動力を得ることができるブレーキ装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るブレーキ装置は、マグネットロータとス
テータ側コイルとの間で発生する電磁力を利用して制動
力を発生させる電磁力ブレーキ装置と、マグネットロー
タの回転によってステータ側コイルに誘導電流を発生さ
せ、この誘導電流を消費することで制動力を発生させる
電磁誘導ブレーキ装置とを少なくとも備え、さらに、前
記各ブレーキ装置の電磁力ブレーキ回路と電磁誘導ブレ
ーキ回路とを所定の入力条件で切り換える制御手段を備
えたことを特徴とするものである。

【００１１】あるいは、マグネットロータの回転によっ
てステータ側コイルに誘導電流を発生させ、この誘導電
流を回生することで制動力を発生させる電力回生ブレー
キ装置をさらに備え、前記制御手段は前記電磁力ブレー
キ回路、電磁誘導ブレーキ回路、前記電力回生ブレーキ
装置の電力回生ブレーキ回路のいずれか１つを所定の入
力条件で閉成することを特徴としてもよい。

【００１２】あるいは、ブレーキペダルの操作量と前記
マグネットロータと一体回転する回転軸の回転速度とを
前記制御手段の入力条件とすることを特徴としてもよ
い。

【００１３】そして、制御手段となるＥＣＵ（エレクト
ロニックコントロールユニット）は、ブレーキペダルの
操作量と、回転軸の回転速度、つまり対象車両の速度を
検出し、高速回転域での低減速制動時は電磁誘導ブレー
キまたは電力回生ブレーキにより制動を行い、回転速度
の低下による制動力不足または高減速制動が必要となっ
た場合に電磁力ブレーキを作動させるように、電磁力ブ
レーキ回路、電磁誘導ブレーキ回路、あるいは電力回生
ブレーキ回路を切り換え選択する。この結果、電力消費
が大きい電磁力ブレーキは使用が最低限に抑えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるブレーキ装置
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、本発明に係るブレーキ装置の一実施形態による
回路構成図である。このブレーキ装置３０は、公知の電
磁誘導ブレーキ装置及び電力回生ブレーキ装置と、本出
願人より既に提案した電磁力ブレーキ装置を併せ持つも
のであり、図１には各ブレーキ装置の回路、即ち、電磁
誘導ブレーキ回路３１、電磁力ブレーキ回路３２、電力
回生ブレーキ回路３３が示されている。

【００１５】電磁誘導ブレーキ回路３１は、励磁コイル
４１と誘導電流（１）または（２）が流れる可変抵抗器
４２とを具備する。なお、可変抵抗器４２の代わりにト
ランジスタ等からなる半導体スイッチを設けてもよい。
電磁力ブレーキ回路３２は、前記励磁コイル４１を電磁
誘導ブレーキ回路３１と共通に持ち、さらに励磁電流
（１）に対して順方向となる２つのトランジスタ５１、
５２と、励磁電流（２）に対して順方向となる２つのト
ランジスタ５３、５４を備える。また、電力回生ブレー
キ回路３３は、電磁誘導ブレーキ回路３１、電磁力ブレ
ーキ回路３２と共通に前記励磁コイル４１を持ち、さら
に誘導電流（１）または（２）が流れる整流／平滑／電
圧変換回路６１を備える。この回路６１は車両の電源で
あるバッテリ６２に接続されている。なお、この回路３
３には制動力に応じて前記回路３３をオン／オフするス
イッチ６３が設けてある。前記した各誘導電流（１）、
（２）及び、励磁電流（１）、（２）は、マグネットロ
ータの磁極位置に対応して電流向きが異なったものであ
る。

【００１６】前述したように、励磁コイル４１は３回路
に共通のものであり、その両端には３回路を切り換え
る、切換えスイッチ７１（７１Ａ、７１Ｂ）が設けてあ
る。両切換えスイッチ７１Ａ、７１Ｂは互いに連動し、
電磁誘導ブレーキ回路３１の各接点７２Ａ、７２Ｂと、
電磁力ブレーキ回路３２の各接点７３Ａ、７３Ｂと、電
力回生ブレーキ回路３３の各接点７４Ａ、７４Ｂとをそ
れぞれ切り換え接続できるようになっている。

【００１７】この切換えスイッチ７１は、ＥＣＵ（エレ
クトロニックコントロールユニット）８１の出力によっ
て動作する。ＥＣＵ８１には、図３に示すブレーキペダ
ル１８の操作量信号８２と、車両の速度（回転軸３の回
転速度）信号８３が入力され、後述する図２に示す制御
プログラムにより、３回路の切り換え制御が実行される
ようになっている。ここで速度信号は例えば、図３に示
す磁極センサ１１、１２の磁極検出周期によって得られ
る。

【００１８】切換えスイッチ７１Ａ、７１Ｂが接点７２
Ａ、７２Ｂを導通させると、電磁誘導ブレーキ回路３１
が閉成される。この状態で回転軸３と連結したマグネッ
トロータ４（図３参照）が回転していると、マグネット
ロータ４に近接配置された励磁コイル４１上には磁束の
変化を妨げる方向に誘導電流（１）または（２）が発生
する。そして、この誘導電流（１）または（２）は、励
磁コイル４１でジュール熱として消費されることで制動
力が得られる。誘導電流値が大きくなれば発熱量も多く
なり制動力が高くなる。

【００１９】電磁誘導ブレーキの制動力調整は、可変抵
抗器４２の抵抗値の変化による電流調整で行われる。あ
るいはトランジスタ等の半導体スイッチを設けた場合
は、パルス時間のデューティ制御により励磁コイル４１
の短絡時間を調整して、励磁コイル４１上の誘導電流を
調整することで行われる。

【００２０】切換えスイッチ７１Ａ、７１Ｂが接点７３
Ａ、７３Ｂを導通させると、電磁力ブレーキ回路３２が
閉成される。電磁力ブレーキの制動原理は前述した通り
であり、回路の閉成により、励磁電流（１）は、トラン
ジスタ５１、励磁コイル４１、トランジスタ５２を経て
アースに流れ、励磁コイル４１を励磁する。また、励磁
電流（２）は、トランジスタ５３、励磁コイル４１、ト
ランジスタ５４を経てアースに流れ、励磁コイル４１を
励磁する。

【００２１】切換えスイッチ７１Ａ、７１Ｂが接点７４
Ａ、７４Ｂを導通させると、電力回生ブレーキ回路３３
が閉成される。電力回生ブレーキ回路３３の制動力発生
原理は電磁誘導ブレーキ回路３１と同じである。電力回
生ブレーキ回路３３の場合、励磁コイル４１に発生した
交流電力を、整流／平滑／電圧変換回路６１により直流
電力に変換してバッテリ６２に回生する。さらに、スイ
ッチ（トランジスタ等の半導体スイッチ）６３のパルス
時間のデューティ制御により回生させる電力量を調整
し、制動力を可変させる。この場合、運動エネルギを電
力回生するため、回生量が大きくなれば制動力も高くな
る。

【００２２】図２は、ＥＣＵ８１の制御プログラムの内
容を示すフローチャートである。以下、この図２に基づ
いて本発明のブレーキ装置の切り換え動作を説明する。
なお、各ステップはＳ１、Ｓ２・・・として示されてい
る。先ず、ＥＣＵ８１は、制動開始が要求されているか
否かを判断する（Ｓ１）。ここで制動開始判定は、図３
に示すブレーキペダル１８の踏下を検出するペダルセン
サ２０の出力等によって行われる。制動開始と判断され
ると、次に回転速度（車両速度）が所定値以上か否か判
断される（Ｓ２）。ここで回転速度は、例えば図３に示
す磁極センサ１１、１２の検出周期により算出される。

【００２３】回転速度が所定値未満のとき、ＥＣＵ８１
はその速度信号８３を取り込んで、切換えスイッチ７１
Ａ、７１Ｂを接点７３Ａ、７３Ｂに切り換えて、電磁力
ブレーキ回路３２を閉成し、電磁力ブレーキを作動させ
る（Ｓ３）。そして、ブレーキペダル１８の踏下量に対
応した要求制動力に応じて供給電圧を変化させ、かつ励
磁電流方向を設定して電流値の調整を行う（Ｓ４）。

【００２４】回転速度が所定値以上あったとき、次に、
要求制動力が第１の所定値Ａ以下か否かを判断する（Ｓ
５）。これは前述したようにブレーキペダル１８の踏下
量で判断される。ここで要求制動力が第１の所定値Ａ以
下でないとき、前述したＳ３、Ｓ４の処理により電磁力
ブレーキを作動させる。要求制動力が第１の所定値Ａ以
下のときは、次に要求制動力が第２の所定値Ｂ（Ｂ＜
Ａ）以下か否かを判断する（Ｓ６）。ここで第２の所定
値Ｂ以下でないと判断されると、、ＥＣＵ８１はその制
動力信号（ブレーキペダル１８の操作量信号８２）を取
り込んで、切換えスイッチ７１Ａ、７１Ｂを接点７２
Ａ、７２Ｂに切り換えて、電磁誘導ブレーキ回路３１を
閉成し、電磁誘導ブレーキを作動させる（Ｓ７）。そし
て、要求制動力に応じて、前述したように可変抵抗器４
２の抵抗値を変えて励磁コイル４１の誘導電流値の調整
を行う（Ｓ８）。

【００２５】一方、要求制動力が第２の所定値Ｂ以下の
とき、ＥＣＵ８１はその制動力信号（ブレーキペダル１
８の操作量信号８２）を取り込んで、切換えスイッチ７
１Ａ、７１Ｂを接点７４Ａ、７４Ｂに切り換えて、電力
回生ブレーキ回路３３を閉成し、電力回生ブレーキを作
動させる（Ｓ９）。そして、要求制動力に応じて、前述
したようにスイッチ６３のオン／オフにより回生電力の
調整を行う（Ｓ１０）。即ち、本発明の実施形態によれ
ば、高速回転域での低減速制動時は、電磁誘導ブレーキ
または電力回生ブレーキにより制動を行い、回転速度の
低下による制動力不足または高減速制動が必要となった
場合のみ電磁力ブレーキを作動させるように、電磁力ブ
レーキ回路３２と電磁誘導ブレーキ回路３１、あるいは
電磁力ブレーキ回路３２と電力回生ブレーキ回路３３を
切り換え選択する。なお、上記実施形態では、電磁誘導
ブレーキ回路３１と、電磁力ブレーキ回路３２と、電力
回生ブレーキ回路３３の３系統のブレーキ回路を設けた
が、電力回生ブレーキ回路３３は必ずしも設けなくて
も、所期の目的を達成することができるものである。

【００２６】本発明のブレーキ装置を車両のブレーキ装
置として使用すれば、発生する制動力を広範囲にわたっ
てコントロールすることができ、しかも、電磁力ブレー
キは高減速制動にも適用されるものなので、サービスブ
レーキとしても充分に用いることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上記載したとおり、本発明のブレーキ
装置によれば、回転軸と一体回転するマグネットロータ
と、コイルの励磁により磁極化されるステータ側との間
で発生する電磁力を利用して制動力を発生させる電磁力
ブレーキ装置と、回転軸と一体回転するマグネットロー
タの回転によってステータ側コイルに誘導電流を発生さ
せ、この誘導電流を消費することで制動力を発生させる
電磁誘導ブレーキ装置と、さらには必要に応じて、回転
軸と一体回転するマグネットロータの回転によってステ
ータ側コイルに誘導電流を発生させ、この誘導電流を回
生することで制動力を発生させる電力回生ブレーキ装置
を併せて持ち、高速回転域の低減速制動時には、電磁誘
導ブレーキまたは電力回生ブレーキにより制動を行い、
回転速度の低下による制動力不足または高減速制動が必
要となった場合のみ電磁力ブレーキを作動させるように
したから、消費電力を低減させながら、大きな制動力を
得ることが可能になる。そして、電力消費によるバッテ
リー劣化も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブレーキ装置の一実施形態の電気
構成図である。

【図２】図１に示すＥＣＵの制御プログラムの内容を示
すフローチャートである。

【図３】先願に係る電磁力ブレーキ装置の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１電磁力ブレーキ装置３回転軸４マグネットロータ１８ブレーキペダル２０ペダルセンサ３１電磁誘導ブレーキ回路３２電磁力ブレーキ回路３３電力回生ブレーキ回路７１Ａ、７１Ｂ切換えスイッチ７２Ａ、７２Ｂ電磁誘導ブレーキ回路接点７３Ａ、７３Ｂ電磁力ブレーキ回路接点７４Ａ、７４Ｂ電力回生ブレーキ回路接点８１ＥＣＵ（制御手段）８２ブレーキペダルの操作量信号８３速度信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネットロータとステータ側コイルと
の間で発生する電磁力を利用して制動力を発生させる電
磁力ブレーキ装置と、マグネットロータの回転によってステータ側コイルに誘
導電流を発生させ、この誘導電流を消費することで制動
力を発生させる電磁誘導ブレーキ装置とを少なくとも備
え、さらに、前記各ブレーキ装置の電磁力ブレーキ回路と電
磁誘導ブレーキ回路とを所定の入力条件で切り換える制
御手段を備えたことを特徴とするブレーキ装置。
【請求項２】マグネットロータの回転によってステー
タ側コイルに誘導電流を発生させ、この誘導電流を回生
することで制動力を発生させる電力回生ブレーキ装置を
さらに備え、前記制御手段は前記電磁力ブレーキ回路、電磁誘導ブレ
ーキ回路、前記電力回生ブレーキ装置の電力回生ブレー
キ回路のいずれか１つを所定の入力条件で閉成すること
を特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項３】ブレーキペダルの操作量と前記マグネッ
トロータと一体回転する回転軸の回転速度とを前記制御
手段の入力条件とすることを特徴とする請求項１記載の
ブレーキ装置。