JP2007228735A - トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増減するとともに最大値が大きいトルクを伝達することを簡単な機構で得る。
【解決手段】原動側の回転体１と、従動側の回転体２とからなる。同軸に配された２つの回転体１，２のうちの一方の回転体２は回転軸に対して直交する方向の成分を有する磁束を回転軸を中心とする周方向において不均一に生じさせる磁石部２０を備え、他方の回転体１は上記磁石部２０と対向する面に導体１０が上記周方向において不均一に配設されている。両回転体１，２の相対回転に際して導体１０に流れる渦電流が周期的に変化するトルクを発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク伝達装置、殊に均一な回転運動を周期的な不連続パターンのトルクに変換して伝達するトルク伝達装置に関するものである。

回転運動を伝達するにあたり、均一な回転が常に望まれるわけではなく、たとえばインパクトドライバーなどにおいては、周期的にトルクが増減するトルク伝達が望まれる。

このようなトルク伝達装置として、特開２００４−２９１１３８号公報（特許文献１）に磁気吸引力を利用したものが示されている。しかし、インパクトドライバー用としてみた場合、従動側に伝達されるトルクの最大値が小さく、更に大きいトルク伝達を行えるものが求められている。

一方、トルク伝達を非接触で行うものとして特開平６−１４５２３号公報（特許文献２）に示された渦電流ブレーキがある。このものでは定常回転時は常に一定のトルクを発生するものの、銅版を挟み込む磁石と導体との間隔を機械的に変化させる機構を備えていることから、該機構による上記間隔の変化によって伝達するトルクを増減させることが可能である。もっともこの機構では導体を高速回転させるとともに磁石も高速に動かさなくてはならないことから、現実的ではない。
特開２００４−２９１１３８号公報 特開平６−１４５２３号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、増減するとともに最大値が大きいトルク伝達を簡単な機構で得ることができるトルク伝達装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係るトルク伝達装置は、原動側の回転体と、従動側の回転体とからなるとともに、同軸に配された両回転体のうちの一方の回転体は回転軸に対して直交する方向の成分を有する磁束を回転軸を中心とする周方向において不均一に生じさせる磁石部を備えており、他方の回転体は上記磁石部と対向する面に導体が上記周方向において不均一に配設されていることに特徴を有している。両回転体の相対回転に際して導体に流れる渦電流が周期的に変化するトルクを発生するようにしたものである。

上記磁石部は着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において交互に配設されて形成され、導体は周方向において間隔をおいて設けられていることが好ましい。大きな磁束の変化が生じるために大きな渦電流を得ることができる上に、磁石部に対向する面に導体がない部分を設けたので、トルクの最大値と最小値との差を大きくすることができる。

この時、着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において等間隔に配設されているとともに導体が周方向において等間隔に配設されていると、原動側の１回転内において出力されるトルクを周期的なものとすることができる。

導体を備えた回転体は間隔をおいて配設された導体間に磁性体からなる磁極歯を備えたものとするのも好ましい。磁気力によるコギンクトルクが加わるために、トルクの最大値を大きくすることができる。

また、磁石部の前記直交方向の両側に夫々導体が配されていると、伝達されるトルクの最大値を略２倍にすることができる。

更に、導体を備えた回転体が磁石部を有する回転体の端面と対向する部分にヨークを備え、このヨーク表面にも導体を備えていると、磁路の磁気抵抗を低減して伝達されるトルクの最大値を大きくすることができる。

本発明は、導体を備える回転体と磁石部を備える回転体を要素として備えるだけであるにもかかわらず、原動側の回転体を回転させた時に導体内を流れる渦電流を利用して均一な回転運動を周期的な不連続パターンのトルクに変換して伝達することができるものであり、周期的に変化するトルクを伝達することができるものを安価に提供することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２において１はモータ３に接続された原動側の回転体、２は従動側の回転体であり、これら回転体１，２の各回転軸１５，２５は軸受３１を介してモータ３と共に土台３０で支持されている。

共に磁性体で形成された上記両回転体１，２は同軸で配置されているとともに軸ずれ防止軸３４によって同軸状態が保持されるようになっている。また、ここでは原動側の回転体１を有底筒状とし、従動側の回転体２を円柱状として、回転体１内に回転体２を位置させることで従動側の回転体２の外周を原動側の回転体１の円筒状部で囲んでいるのであるが、従動側の回転体２の外周面には複数個の永久磁石２０が配設され、原動側の回転体１の上記円筒状部の内周面には導体１０が配設されている。

上記の各永久磁石２０は回転体１，２の半径方向（ラジアル方向）に着磁されたものであるとともに、着磁方向が逆となっているものが周方向において交互に配設されている。なお、図示例ではＮ極が外周側に位置する永久磁石４個とＳ極が外周側に位置する永久磁石４個の総計８個が周方向に並べられている。

回転体１に設けられて上記永久磁石２０の外周面に小間隙をおいて対向する上記導体１０は、上記永久磁石２０とほぼ同じ幅（周方向の長さ）のものが周方向において間隔をおいて配設されているが、ここでは回転軸１５を中心とする円弧状で且つ該円弧の中心角が４５°となっている４個の導体１０を周方向に等間隔に配している。

今、モータ３によって回転体１を回転させたならば、永久磁石２０の着磁方向が変化する部分において永久磁石２０からの導体１０の表面部分に鎖交する磁束が変化するために、磁束の変化を妨げようとする渦電流が導体１０に発生する。この渦電流は回転体１の回転を妨げようとするために、その反力が従動側の回転体２にトルクが伝達され、回転体２も回転する。この時、回転体１に設けた導体１０は周方向において間隔を置いて配設されているとともに回転体２側の永久磁石２０は着磁方向が逆となっているものが交互に並べられているために、渦電流により発生するトルクは図３に示すように４５°周期で増減するものとなる。

ちなみに図１(a)に示すように導体１０の内周側にいずれかの永久磁石２０が周方向においてずれずに位置する状態ではトルクが０であり、着磁方向が異なるとともに隣接している２つの永久磁石２０，２０の境界部分が導体１０の周方向における中央に位置する時にトルクが最大となる。

また、図１(a)に示す状態では永久磁石２０の周方向右側半分から生じる磁束は右側の永久磁石２０に、左側半分から生じる磁束は左側の永久磁石に磁性体を介して流れる。有底筒状の回転体１の底部である内側面においては図１(b)に点線で示すループ状に磁束が流れるために、この部分からの漏れ磁束は少ない。

図４に他例を示す。基本的構成は上記のものと同じであるが、ここでは回転体２の軸方向端面と対向する回転体１の内側面にも導体１１を配してある。放射状に形成された導体１１は、その外周縁が前記導体１０に接続され、中心側が相互に接続されたものであり、回転体１が回転する時、回転体１の内周面に周方向において間隔をおいて設けた導体１０に流れる渦電流によるトルク発生に加えて、ヨークとして機能することになる回転体１の内側面を通る図４(b)に破線で示す磁束によって上記導体１１においても渦電流が生じてトルクを発生するものである。すなわち、最大トルクが導体１１の存在によって大きくなるものである。

図５に更に他例を示す。回転体１は環状の溝を有するものとして形成されているとともに、この溝の外周面と内周面とに夫々４個の導体１０を周方向に間隔をおいて配置してある。また溝の奥端は外周面側の導体１０と内周面側の導体１０とを夫々つなぐ総計４個の導体１１を設けている。

他方の回転体２はラジアル方向に着磁され且つ着磁方向が逆となっている永久磁石２０を周方向において交互に配設することで形成された円筒部を備えており、この円筒部が上記回転体１の環状の溝内に配されて、永久磁石２０の外周面に外周側の導体１０が小間隙を介して対向し、永久磁石２０の内周面に内周側の導体１０が小間隙を介して対向している。なお、回転体１０における等間隔に配された外周側の導体１０と同じく等間隔に配された内周側の導体１０とは周方向において同じ位置にある。

このものでは永久磁石２０からの磁束は外周側の導体１０と内周側の導体１０とを通るものであり、更に導体１１を通る磁束もあるために、回転体１の回転に伴って外周側の導体１０と内周側の導体１０とに渦電流が生じてトルクが発生するものであり、更に導体１１においても渦電流が生じてトルクが発生することから、トルクを伝達する部分が更に多くなるために、より多くのトルク伝達が可能となっている。

図６に更に他例を示す。これは上記図５に示したものと永久磁石２０と導体１０，１１の配置に関しては同じであるが、回転体１における導体１０間の部分に磁性体を埋め込むことで複数個の等間隔に並ぶ磁極歯１３を形成している。

この場合、原動側の回転体１と従動側の回転体２との間には、渦電流によって発生するトルク（図７中のイ）に加え、永久磁石２０と磁極歯１３との間に磁気吸引力によるところのコギングトルク（図７中のロ）が発生するものであり、４５°周期で発生する増減する上記両トルクの合成トルク（図７中のハ）は、９０°周期で大トルクとなる。

なお、上記の各例では導体１０（１１）を備えた回転体１を原動側、永久磁石２０を備えた回転体２を従動側としたが、回転体２を原動側、回転体１を従動側としても問題ないのはもちろんである。

本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。 同上の全体構成を示す概略図である。 同上の伝達されるトルクの説明図である。 他例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。 更に他例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。 別の例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。 同上の伝達されるトルクの説明図である。

符号の説明

１ 回転体
２ 回転体
３ モータ
１０ 導体
２０ 永久磁石

Claims (6)

1. 原動側の回転体と、従動側の回転体とからなるとともに、同軸に配された両回転体のうちの一方の回転体は回転軸に対して直交する方向の成分を有する磁束を回転軸を中心とする周方向において不均一に生じさせる磁石部を備えており、他方の回転体は上記磁石部と対向する面に導体が上記周方向において不均一に配設されていることを特徴とするトルク伝達装置。
2. 磁石部は着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において交互に配設されて形成されており、導体は周方向において間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項１記載のトルク伝達装置。
3. 着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において等間隔に配設されているとともに導体が周方向において等間隔に配設されていることを特徴とする請求項２記載のトルク伝達装置。
4. 導体を備えた回転体は間隔をおいて配設された導体間に磁性体からなる磁極歯を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
5. 磁石部の前記直交方向の両側に夫々導体が配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
6. 導体を備えた回転体は磁石部を有する回転体の端面と対向する部分にヨークを備えるとともにこのヨーク表面にも導体を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。

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