CN101228374B - 动力传递机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动力传递机构。所述动力传递机构为一方是圆筒型、另一方是圆盘型的结构的正交型磁性传递机构，通过使磁性啮合的部分形成为线(棱线)啮合，而构成为大幅度地增强了传递转矩，并且使磁性啮合部分连续地产生多次的机构。

Description

动力传递机构

技术领域

本发明涉及在传递旋转动力的部分使用永久磁铁的磁性啮合以非接触方式进行动力传递的动力传递机构。

背景技术

以往，作为将二根旋转轴中的一方作为驱动轴、将另一方作为从动轴，从驱动轴向从动轴传递动力的方法之一，一般公知有使用永久磁铁的磁力以非接触方式来传递动力的非接触动力传递机构。

例如，如图14所示，公知有如下结构的机构：以将在圆盘的外周上交替配置有N极、S极的二根磁性齿轮轴正交的形式来传递动力。根据附图进行说明。当以图14中的安装有第二磁性齿轮102的旋转轴103为驱动轴进行驱动时，第二磁性齿轮102的外周上的N极104与交错状地配置在第一磁性齿轮101的外周上的两个S极108a、108b中的第一个S极108a相互吸引，其中第一磁性齿轮101安装在另一个旋转轴106上，随着由第二磁性齿轮102的旋转所带动的N极104的移动，根据由交错状地配置在第一磁性齿轮101上的二个S极形成的角度，与下一个S极108b相互吸引，由此安装有第一磁性齿轮101的旋转轴106成为从动轴进行旋转，另外配置在驱动轴侧的下一个S极105与从动轴侧的交错状配置的二个N极107a、107b相互吸引，从而连续地进行旋转。但是，对于上述方式，由于磁力的吸引及排斥作用下的磁性啮合部分为点啮合，因此具有驱动转矩弱、而且传递转矩的脉动也难以避免、无法平稳地进行动力传递等缺点。另外，公知有如下的驱动装置：构成为大致轴形的驱动磁性轮和构成为大致圆锥形或大致正多棱锥的从动磁性轮的轴心成直角或者倾斜地相交(参照专利文献3。)。在上述方式中，也无法解决驱动转矩不足或传递转矩的脉动的问题。

专利文献1：日本特开平11-55932号公报

专利文献2：日本特开2005-114162号公报

专利文献3：日本专利2648565号

发明内容

但是，对于上述的方式，由于磁力的吸引及排斥作用下的磁性啮合部分为点啮合，因此具有驱动转矩弱、而且传递转矩的脉动也难以避免、无法平稳地进行动力传递等缺点。鉴于这样的现状，本发明的课题在于提供驱动转矩强、抑制了传递转矩的脉动的非接触的动力传递机构和动力传递装置。另外，在专利文献3中，虽然也提出了磁性啮合部分以线构成的实施例，但是，根据其结构具有无法避免旋转时的旋转不稳(脉动)、而且只是限定了驱动侧和从动侧的使用方法等很多问题。

为解决上述问题，本发明采用如下动力传递装置，该动力传递装置具有：磁性圆盘，其为传递动力的磁性齿轮的一方，在其圆盘状平面的一面上配置有放射曲线状的永久磁铁；和磁性圆筒，其为另一磁性齿轮，并作为在圆筒状外周面呈螺旋状地带有扭斜并充磁而成的永久磁铁圆筒来构成，该圆筒的轴心以大致平行于所述平面的方式配置，且为非接触状态，使成为该动力传递的传递源的磁性啮合部分以线方式连续地啮合。

再者，在磁性圆盘或磁性圆筒中，划分表现在表面上的磁极的曲线也可以具有宽度。这种情况下，虽然具有该宽度的曲线形成面，但该面为磁极切换区域或配置不同极的磁铁时的间隙区域等。另外，在磁性圆盘中，优选所述宽度在磁性圆盘的径向上为恒定宽度(从磁性圆盘中心向径向引出的直线的包含在具有所述宽度的曲线中的长度为与角度无关的恒定长度)。这是因为：由于可使磁性圆盘与磁性圆筒磁性啮合部分中的磁极的切换区域的长度恒定而与旋转角无关，所以可以实现更加稳定的动力传递。

在磁性圆盘中，将划分磁极的曲线作为本发明的结构，为了制作表现在表面的磁极形状，既可以通过充磁制作，也可以制作由划分磁极的曲线所包围的形状的磁铁，将它们组合起来以制作出本发明的磁性圆盘。

本发明为非接触的正交型动力传递机构，磁性圆盘在单面具有呈放射状的曲线形状地充磁了的永久磁铁；磁性圆筒在外周面螺旋状地扭斜充磁并具有永久磁铁，通过磁性圆盘和磁性圆筒的非接触的磁性啮合来进行动力传递，由此可以实现无脉动的极其平稳的动力传递，并且，也可以实现大的传递转矩，是可广泛应用于厌恶振动或起灰的动力传递装置的非接触的正交型动力传递机构。另外，由于既能驱动磁性圆筒而使磁性圆盘从动，也可反过来驱动磁性圆盘而使磁性圆筒从动，所以成为应用的领域更广泛的动力传递机构。

附图说明

图1是表示本发明第一实施例的非接触式正交型动力传递机构的(1)正视图，(2)侧视图，(3)立体图。

图2是表示磁性啮合的概况图。

图3是用于说明基于本实施例的磁性圆盘的磁性齿制作方法的概况图。

图4中(1)、(2)是将基于本实施例的磁性圆盘的中心部放大了的正视图。

图5是表示磁性圆筒2为8极、磁性圆盘1为4极、8极、16极的情况下的，该磁性圆筒2的磁性齿长a和间隔b与磁性圆盘1的磁性齿长a和间隔b的关系的说明图。

图6是表示磁性圆筒2为8极、磁性圆盘1为4极、8极、16极的情况下的，该磁性圆筒2的磁性齿长a和间隔b与磁性圆盘1的磁性齿长a和间隔b的关系的说明图。

图7中(1)～(5)是表示本发明各种应用例的正视图、侧视图以及立体图。

图8是本发明实施例的说明图。

图9是本发明实施例的说明图。

图10是本发明实施例的说明图。

图11是本发明实施例的说明图。

图12是本发明实施例的说明图。

图13是本发明实施例的说明图。

图14是现有的非接触式动力传递机构的结构图。

标号说明

1、1′：磁性圆盘；11：磁轭圆盘；12、12′：永久磁铁筒；12s：磁性齿；12n：磁性齿；13：旋转轴；2：磁性圆筒；21：磁轭筒；22：磁性筒；22s：磁性齿；22n：磁性齿；23：旋转轴；3、4：磁性圆筒；31：磁性圆盘；101：第一磁性齿轮；102：第二磁性齿轮；103、106：旋转轴；104、104：第二磁性齿轮的磁铁；107a、107b、108a、108b：第二磁性齿轮的磁铁。

具体实施方式

图1是本发明的非接触式正交型动力传递机构的第一实施例，(1)表示其正视图，(2)表示右侧视图，(3)表示立体图。

在磁性圆盘1的磁铁盘12的磁铁面侧，隔开预定的间隔g配置有磁性圆筒2。磁性圆筒2的轴线方向长度与磁铁盘12的半径方向的宽度为大致相同长度。磁性圆筒2配置成其轴线与磁铁盘12的磁铁面(第一磁性面)大致平行，所述间隔g在该轴线方向上保持相同的间隔。

磁性圆盘1由以下部分构成：由磁性材料构成的磁轭圆盘11；紧固在磁轭圆盘11单面上的所述永久磁铁盘12；以及通过压入等固定在磁轭圆盘11中央部的孔内的旋转轴13。另外，采用例如后述的方法并通过适当手段来给该永久磁铁12充磁，使得放射曲线状的形状的磁性齿(磁性带)相对于旋转方向极性交替。

另一方面，形成磁传递的一方的磁性圆筒2由以下部分构成：磁轭筒21，其中心部例如由磁性材料构成；永久磁铁筒22，其紧固在该磁轭筒21的外周部；以及旋转轴23，其通过例如压入等固定在该磁性圆筒2的中心部的孔内。永久磁铁筒22呈螺旋形的带状地具有使N极和S极交替充磁的磁性带，并将其作为第二磁性面。

下面，对使用所述的磁性圆盘1和磁性圆筒2构成的正交型磁性传递机构进行说明。如图1所述，磁性圆盘1的旋转轴13和磁性圆筒2的旋转轴23配置成正交关系，并且构成了彼此的永久磁铁的表面设置特定的空隙而成的非接触式正交型动力传递机构。(另外，对于固定该磁性圆盘1和磁性圆筒2的结构没有特别图示)

下面，按照附图来说明该旋转的原理。图2是表示图1(1)中的磁性圆盘1的永久磁铁12和磁性圆筒2的永久磁铁22对置的面的磁极性的概况图。在图中，永久磁铁12的从中心构成放射状的曲线形状的磁性齿12n、12s交替地带磁。另一方面，关于施加斜线而成的磁性圆筒2的磁性齿，磁性齿22n、22s…以直线O-O′的交点和交点处的磁性齿长为a、其间隔为b的方式，设定螺旋角度(扭斜角度)和间距并进行了充磁。下面，对于与该磁性圆筒2的磁性齿对置的磁性圆盘1，同样地以与所述磁性圆筒2的磁性齿长及磁性齿间隔相一致的方式设定磁性齿形状，即：在连接中心O和O′的直线与该磁性圆盘1的磁性齿12n、12s…相交的点处的磁性齿的线长全部大致为a、其磁性齿之间的间隙大致为b。其中，最内周及最外周的尺寸分别为a及b，或同等以下的长度。

接下来，根据图3来说明以该磁性圆盘1为驱动侧、以磁性圆筒2为从动侧的磁性圆盘1的磁性齿形状制作方法的一个示例。并且，图3是依据上述图2来形成磁性齿的磁性圆盘1′。在图中，以磁性圆盘1′的中心O为基准划出水平线L1，作为一个示例向顺时针每次旋转10°来划出参考线。在图中，在中心O和O′的水平线L1上，与上述图2一样地从磁性圆盘1′的内周起依次记为点m1、向外周侧移动a记为点m2、再向外周侧移动b记为点m3、同样地移动a记为点m4、同样地移动b记为点m5、再移动a记为点m6、同样地移动b记为点m7，这样记下各点。接着，在向顺时针方向旋转了10°的参考线L2上，相对于标记在上述L1上的点m1、m2…，将到中心O的距离向外周侧均匀地移动预定距离c，并将与上述点m1、m2、m3…相应的点记为n1、n2、n3…。另外，在使上述参考线L2以磁性圆盘1′的中心O为中心向顺时针方向旋转10°而标记出的参考线L3的线上，与标记上述点n1、n2、n3…一样地，将到中心O的距离从点n1、n2、n3…向外周侧移动预定距离c而标记出的点记为P1、P2、P3…。将重复以上步骤标记出的参考线L1、L2、L3…上的点m1、n1、p1…、点m2、n2、p2…、以及点m3、n3、p3…的各点间，分别使用曲线近似的手法连接成的曲线m1-n1-p1-·、曲线m2-n2-p2-·、以及曲线m3-n3-p3-·是成为上述磁性圆盘1的磁性齿12n、12s的磁性齿外形曲线的基础的曲线。

上述预定的距离c(移动量)根据极数与参考线L的旋转角度确定。例如，在磁性圆筒18为18极、磁性圆盘为18极的情况下，变速比为1∶1，成为每20°(360/18)移动了移动量c(＝a+b)的曲线。

另外，对上述的参考线L2、L3、L4…上的各点的移动量c进一步加以说明。图4中(1)及(2)是放大了磁性圆盘1′的中心附近的正视图。在图4(1)中，上述的参考线L1上的点m1、m2(m1与m2的距离为a)，并且以中心O为中心，将通过点m1、点m2的圆的半径分别设为r1、r2。以该半径r1、r2、中心O为基准，设与将所述参考线L1向顺时针方向旋转10°而得到的参考线L2的交点为m1′、m2′。上述移动量c是使m1′、m2′在参考线L2上向外周移动c的量，这成为上述的点n1、n2。图4(2)表示这种情况。另外，在本说明中，仅对这2点加以说明，但n3、n4、n5…也采用同样方式制作出，进一步对于p1、p2、p3…也按该顺序制作出。

再者，在图2中说明了圆筒2与圆盘1的中心线垂直相交的情况，但该配置关系可最高效地传递动力。可是，不限于此，只要圆筒2的轴心O′平行于圆盘1的磁性面，则也可以是其它位置。

在将圆筒2设定于图2所示的位置以外的其它位置时，也可构成为沿着轴心使圆筒2的磁性齿长a和间隔b与圆盘1的磁性齿长a和间隔b一致。特别是由于外周侧的磁性齿的转矩大，所以优选构成为在外周侧与磁性齿长a和间隔b相一致。

如以上说明，由利用上述方法形成的磁性齿构成的磁性圆盘1(或磁性圆盘1′)与所述磁性圆筒2构成了正交型磁性传递机构，该正交型磁性传递机构例如在使所述磁性圆盘1向顺时针方向旋转时，由于磁性圆盘1的旋转角度与磁性圆筒2的旋转角度始终以恒定的比率进行旋转，所以可以实现连旋转脉动也没有的平稳旋转。

另外，磁性传递机构中的旋转比通过磁性圆盘1的磁性齿数(极数)与磁性圆筒2的外周一周所具有的极数之比来确定。即，通过随时设定该极数，在正交型非接触传递机构中，还可以适当地设定从动侧相对于驱动侧的转速的旋转比，如1∶1或1∶2等。另外，即使将磁性圆筒作为驱动侧，将磁性圆盘侧作为从动侧，也同样可以平稳地传递动力。而且，关于旋转方向在本发明中使其为顺时针方向，但自不必说，即使是逆时针方向也能获得同样的旋转特性。另外，在本发明中，参考线L1、L2、L3…的角度为10°，但也可以根据需要采用更适合的角度，例如在采用小于10°的角度进行制作时可获得更精密的磁性齿曲线。如上所述，虽然是利用了磁性圆筒与磁性圆盘以非接触方式进行磁性啮合的驱动装置，但在以下方面具有显著特征：致力于无论在旋转的哪个部分都为相同的磁性啮合；以及致力于在更大的面积上获得磁性啮合。前者的特征是产生平稳的驱动，后者的特征是产生更大的驱动力。

图5与图6表示改变磁性圆盘1与磁性圆筒2的极数，从而改变了变速比的情况下的磁性齿长a与间隔b的关系。

如图所示，即使改变极数，也可以构成为使圆筒2与圆盘1的磁性齿长a和间隔b一致。

本发明通过呈放射曲线状地磁化磁性圆盘，既可以驱动磁性圆盘使磁性圆筒从动，又可以驱动磁性圆筒使磁性圆盘从动，因此可应用于各种传递机构。

图7表示其应用例。(1)表示在磁性圆盘1上同轴地设置两个磁性圆筒3和磁性圆筒4，从而大幅度地增强了传递转矩的示例。(2)表示驱动磁性圆盘1，使两个磁性圆筒3在两个轴上分别独立地从动的示例。(3)表示从动配置三个磁性圆筒3的示例。(4)表示驱动磁性圆筒3、使磁性圆盘1和磁性圆盘31的两个轴从动的其它应用例，该磁性圆盘31的磁性齿与该磁性圆盘1的磁性齿具有面对称形状，(イ)表示其侧视图，(ロ)表示立体图。另外，(5)是驱动通过轴连接在一起的两个磁性圆筒3，使两个磁性圆盘1从动的应用例。这样，可以理解：通过呈放射曲线状地磁化磁性圆盘，可以形成各种传递机构。

以下表示具体的实施例。

实施例1

用于构成动力传递机构的磁性圆盘(极数为p1)与在圆筒表面具有p2个磁极的永久磁铁圆筒啮合，所述永久磁铁圆筒在圆筒表面所表现出的磁极通过曲线组划分而成，所述曲线组是以360°/p2的间隔来配置p2条在转动θ2/360°时前进长度h的螺旋曲线而得到的曲线组，为了制作所述磁性圆盘，可以通过以下方式等获得：至少在半径r11至r12的范围内，连接满足r1和θ1的点，其中r1和θ1满足(公式1)r1＝(r12-r11)·θ1/θ2·p1/p2+r11(其中，h＝r12-r11)，形成划分表面的磁极的曲线，将该曲线以360°/p1的间隔配置p1条，以划分磁极的区域包含这些曲线组的方式进行充磁、或者配置加工成那样的形状的磁铁。图8与图11表示其一例。此例的情况下的传递机构的旋转比为1∶1。

实施例2

可以通过改变极数之比来改变传递机构的旋转比。以下表示通过改变磁性圆盘的极数与划分磁极的曲线，从而改变旋转比的具体示例。

图8、图9、图10表示用于构成动力传递机构的磁性圆盘(极数为p1)的示例，该磁性圆盘与图11所示的永久磁铁圆筒啮合，该永久磁铁圆筒极数为8，并且划分表现在圆筒表面上的磁极的曲线是旋转90°/360°时前进长度h(r12-r11＝30-8＝22mm)的螺旋形状。

图8是磁性圆盘的极数为8极的情况的示例，这种情况下旋转比为1∶1。再者，划分磁性圆盘的磁极的曲线，在公式1中，r11＝8mm，r12＝30mm，θ2＝90°，p1＝p2＝8，划分磁极的曲线通过下述式子限定：

r1＝(30-8)·θ1/90·8/8+8＝θ1·22/90+8

图9是磁性圆盘的极数为4极的情况的示例，这种情况下可以实现旋转比为2∶1的动力传递机构。再者，划分磁性圆盘的磁极的曲线，在公式1中，r11＝8mm，r12＝30mm，θ2＝90°，p1＝4，p2＝8，划分磁极的曲线通过下述式子限定：

r1＝(30-8)·θ1/90·4/8+8＝θ1·11/90+8。

图10是磁性圆盘的极数为16极的情况的示例，这种情况下可以实现旋转比为1∶2的动力传递机构。再者，划分磁性圆盘的磁极的曲线，在公式1中，r11＝8mm，r12＝30mm，θ2＝90°，p1＝16，p2＝8，划分磁极的曲线通过下述式子限定：

r1＝(30-8)·θ1/90·16/8+8＝θ1·44/90+8。

实施例3

以下表示改变永久磁铁圆盘的极数与划分磁极的螺旋曲线，从而改变旋转比的具体示例。

图8与前面出现的示例相同，是磁性圆盘的极数p1＝8极，内径r11＝8mm，外形r12＝30mm，θ2＝90°，p1＝p2＝8的情况的示例，划分磁极的曲线通过下述式子限定：

r1＝(30-8)θ1/90·8/8+8＝θ1·22/90+8。

如图11所示，永久磁铁圆筒是这样的永久磁铁圆筒：极数为8，划分表现在圆筒表面的磁极的曲线是在转动90°/360°时前进长度h(r12-r11＝30-8＝22mm)的螺旋形状。这种情况下可以实现旋转比为1∶1的动力传递机构。

是使用与上述相同的磁性圆盘、永久磁铁圆筒为这样的永久磁铁圆筒的情况下的示例：如图12所示，永久磁铁圆筒的极数为4极，划分表现在圆筒表面的磁极的曲线是在转动180°/360°时前进长度h(22mm)的螺旋形状，这种情况下可以实现旋转比为1∶2的动力传递机构。

是使用与上述相同的磁性圆盘，永久磁铁圆筒为这样的永久磁铁圆筒的情况下的示例：如图13所示，永久磁铁圆筒的极数为16极，划分表现在圆筒表面的磁极的曲线是在转动45°/360°时前进长度h(22mm)的螺旋形状，这种情况下可以实现旋转比为2∶1的动力传递机构。

Claims (9)

1.一种动力传递机构，其特征在于，

将磁性圆筒与磁性圆盘以旋转轴处于大致正交状态的方式设置预定间隔地对置配置，

所述磁性圆筒在圆筒表面具有p2个磁极，表现在圆筒表面上的磁极通过曲线组划分，该曲线组是以360°/p2的间隔来配置p2条在转动θ2/360°时前进长度h的螺旋曲线而得的曲线组，

所述磁性圆盘在圆盘表面具有p1个磁极，在半径r11至r12的范围内，表现在圆盘表面上的磁极通过曲线组划分，该曲线组是以360°/p1的间隔来配置p1条满足以公式1所表示的r1及θ1的曲线而得到的曲线组，

公式1

r1＝(r12-r11)·θ1/θ2·p1/p2+r11(h＝r12-r11)，

其中，

p1：磁性圆盘在圆盘表面上具有的磁极数；

p2：磁性圆筒在圆筒表面上具有的磁极数；

r11：磁性圆盘的内半径；

r12：磁性圆盘的外半径；

θ2：圆筒的螺旋节距；

h：磁性圆筒在转动θ2/360°时的前进长度；

θ1：磁性圆盘的磁极自中心侧始端的角度；

r1：磁性圆盘自中心起在半径方向的距离。

2.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述磁性圆盘的第一磁性面的磁性带的沿所述圆筒轴心的位置和宽度、与所述磁性圆筒的第二磁性面的磁性带的沿所述圆筒轴心的位置和宽度大致相等。

3.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述磁性圆盘与磁性圆筒配置成所述圆筒轴心与所述磁性圆盘的圆盘轴心垂直相交。

4.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述第一磁性面的磁性带的数量与所述第二磁性面的磁性带的数量相同。

5.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述第一磁性面的磁性带的数量与所述第二磁性面的磁性带的数量之比为整数比。

6.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述动力传递机构具有多个所述磁性圆盘和一个所述磁性圆筒。

7.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述动力传递机构具有一个所述磁性圆盘和多个所述磁性圆筒。

8.根据权利要求1所述的动力传递机构，其特征在于，

所述动力传递机构具有多个所述磁性圆盘和多个所述磁性圆筒。

9.根据权利要求7或8所述的动力传递机构，其特征在于，

多个所述磁性圆筒安装在同一轴上。

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