JP2010270855A - 磁気式動力伝達手段 - Google Patents

Abstract

【課題】反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減するとともに、振動や騒音を防止する磁気式動力伝達手段を提供すること。
【解決手段】磁気円筒１２０と磁気円盤１１０とが対向するとともに、それらの回転軸１２４、１１４が同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段１００において、磁気円盤１１０の磁極１１２の配置が磁気円盤１１０の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であること。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動軸と被駆動軸との間で磁力により非接触で回転を伝達する磁気式動力伝達装置に関するものである。

従来、動力伝達装置として、摩耗や発塵、接触騒音等を軽減できる磁気式動力伝達手段を備えたものが知られており、円筒表面に磁極のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒と、円盤表面に内周から外周に向けて磁極のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤とが対向するとともに、磁気円筒と磁気円盤の回転軸が同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段が公知である。

公知の磁気式動力伝達手段の磁気円盤５１０は、対向する磁気円筒に対して半径線が最も接近してトルクの伝達が行われるものであり、例えば図６に示すように、円周方向のどの半径線上にもＮ極とＳ極が必ずそれぞれ１つ以上存在するように螺旋曲線５１１を定めてＮ極とＳ極が交互に放射曲線状に配置されている。

すなわち、磁気円筒と磁気円盤が回転してトルクの伝達が行われる際、最も接近する線上には常にＮ極とＳ極が必ず１つ以上存在している。
そして、該螺旋曲線５１１は、磁気円筒のＮ極とＳ極の配置との関係を規定することで、円滑に回転するとともに伝達トルクが大きくなるように定められている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０７２１８６号公報（第５、６頁、図６）

しかしながら、公知の磁気式動力伝達手段の磁気円盤５１０のＮ極とＳ極の配置では、図７に示すように、半径線上のＮ極とＳ極のそれぞれの長さの合計が回転に伴い変動するため、磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動が生じやすく、伝達トルクのリップルや回転速度変動が生じ、振動や騒音の原因となるという問題があった。

本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減するとともに、振動や騒音を防止する磁気式動力伝達手段を提供することである。

本請求項１に係る発明は、円筒表面に磁極のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒と、円盤表面に内周から外周に向けて磁極のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤とが対向するとともに、前記磁気円筒と前記磁気円盤の回転軸が、同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段において、前記磁気円盤の磁極の配置が、前記磁気円盤の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された磁気式動力伝達手段の構成に加えて、前記磁気円盤の磁極の配置が、複数のアルキメデス曲線を境界としてＮ極とＳ極を交互に配置したものであることにより、前記課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項２に記載された磁気式動力伝達手段の構成に加えて、前記アルキメデス曲線が等間隔に設けられるとともに、次式
ｒ＝ａθ＋ｒｉ
ａ＝（ｒｏ−ｒｉ）／（Ｃ・Ｑｑ）
（ｒｉ：磁極の最内周の半径
ｒｏ：磁極の最外周の半径
Ｃ ：原点（θ＝０）の位置での半径上に現れる磁極の極数
Ｑｑ：円周方向の１極当たりの角度）
で表わされることにより、前記課題をさらに解決するものである。

請求項１に係る発明の磁気式動力伝達手段は、円筒表面に磁極のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒と、円盤表面に内周から外周に向けて磁極のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤とが対向するとともに、磁気円筒と前記磁気円盤の回転軸が、同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段において、磁気円盤の磁極の配置が磁気円盤の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であることにより、磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減することができるとともに、振動や騒音を防止することができる。

請求項２に係る発明の磁気式動力伝達手段は、請求項１に係る磁気式動力伝達手段が奏する効果に加えて、磁気円盤の磁極の配置が等間隔の複数のアルキメデス曲線を境界としてＮ極とＳ極を交互に配置したものであることにより、磁気円盤と磁気円筒の最接近点の回転に伴う磁極の境界線の磁気円盤の半径方向への移動速度が回転速度に比例するため、さらに磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減することができるとともに、振動や騒音を防止することができる。

請求項３に係る発明の磁気式動力伝達手段は、請求項２に係る磁気式動力伝達手段が奏する効果に加えて、アルキメデス曲線が等間隔に設けられるとともに、次式
ｒ＝ａθ＋ｒｉ
ａ＝（ｒｏ−ｒｉ）／（Ｃ・Ｑｑ）
（ｒｉ：磁極の最内周の半径
ｒｏ：磁極の最外周の半径
Ｃ ：原点（θ＝０）の位置での半径上に現れる磁極の極数
Ｑｑ：円周方向の１極当たりの角度）
で表わされることにより、すべての磁極が同一形状となり構造が単純化され、さらに磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減することができるとともに、振動や騒音を防止することができる。

本発明の一実施例である磁気式動力伝達手段の斜視図。 図１の磁極部分の正面図。 図１の磁気円盤の磁極配置の説明図。 図１の磁気円筒の磁極配置の説明図。 図１の磁気円盤の半径線上の磁極の長さの説明図。 本発明の一実施例および従来例の速度変動の説明図。 従来の磁気式動力伝達手段の磁気円盤の磁極配置の説明図。 従来の磁気式動力伝達手段の磁気円盤の半径線上の磁極の長さの説明図。

本発明の磁気式動力伝達手段は、円筒表面に磁極のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒と、円盤表面に内周から外周に向けて磁極のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤とが対向するとともに、磁気円筒と前記磁気円盤の回転軸が、同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段において、磁気円盤の磁極の配置が磁気円盤の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であり、磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減するとともに、振動や騒音を防止するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても何ら構わない。

すなわち、本発明で用いる磁気式動力伝達手段は、同一平面上で直交する回転軸の間で動力伝達が行われるものであれば、駆動側及び被駆動側のいずれに磁気円筒あるいは磁気円盤を設けても良い。
また、磁気円盤および磁気円筒の磁極は、回転方向で交互に設けられていればいくつであってもかまわない。

以下に、本発明の一実施例である磁気式動力伝達手段について図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例である磁気式動力伝達手段１００は、図１に示すように、円筒１２３の表面に磁極１２２のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒１２０と、円盤１１３の表面に内周から外周に向けて磁極１１２のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤１１０とが、互いに同一平面上で軸中心が直交する回転軸１１４、１２４にそれぞれ取り付けられ、磁極１１２、１２２の表面が僅かな間隔で対向するように配置されている。

磁気円盤１１０は、図２に示すように、磁気円盤１１０側の表面に内周から外周にかけて周方向等間隔の螺旋曲線１１１を境界として磁極１１２がＮ極とＳ極を交互に配置されてなり、磁気円筒１２０は、円筒面に周方向等間隔の螺旋曲線１２１を境界として磁極１２２がＮ極とＳ極を交互に配置されてなる。

本実施例では、磁気円盤１１０の螺旋曲線１１１および磁極１１２の数、磁気円筒１２０の螺旋曲線１２１および磁極１２２の数はそれぞれ８個であるが、それぞれ偶数であればいかなる数でも良く、また、磁気円筒１２０の螺旋曲線１２１および磁極１２２の数は磁気円筒１２０の半径に応じて、磁気円盤１１０の螺旋曲線１１１および磁極１１２の数と同数であっても良く異なっても良い。

また、磁気円筒１２０の磁極１２２の軸方向の長さと、磁気円盤１１０の磁極１１２が配置される内周から外周までの半径方向の長さは等しくなるように構成されているが、磁気円筒１２０の磁極１２２の軸方向の長さのほうが長くても良い。
さらに、本実施例では磁気円盤１１０の磁極１１２は境界となる螺旋曲線１１１部に隙間を設けて配置され、磁気円筒１２０の磁極１２２は境界となる螺旋曲線１２１部に隙間を設けずに配置されているが、磁気円盤１１０、磁気円筒１２０ともに隙間の有無はいずれであっても良い。

磁気円盤１１０の８本の螺旋曲線１１１は、それぞれ、次式、
ｒ＝ａθ＋ｒｉ
ａ＝（ｒｏ−ｒｉ）／（Ｃ・Ｑｑ）
（ｒｉ：磁極１１２の最内周の半径
ｒｏ：磁極１１２の最外周の半径
Ｃ ：原点（θ＝０：螺旋曲線１１１が内周に接する点）の位置での磁気円盤１１０の半径上に現れる磁極１１２の極数
Ｑｑ：円周方向の１極当たりの角度＝３６０°／螺旋曲線１１１の数）
で表わされるアルキメデス曲線で構成されており、複数の同一のアルキメデス曲線が円周方向に等角度間隔に設けられることによって、図３に示すように、磁気円盤１１０の中心を通る半径直線（ａ〜ｆ等）上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計が全周にわたって同一となるように構成されている。

本実施例では、
Ｃ＝２
Ｑｑ＝４５°
であるから、それぞれの螺旋曲線１１１は、
ｒ＝（ｒｏ−ｒｉ）・θ／９０°＋ｒｉ
で表わされる曲線となる。

磁気円筒１２０は、図４に示すように、軸方向長さが磁気円盤１１０の磁極１１２が配置される内周から外周までの半径方向の長さ（ｒｏ−ｒｉ）であり、Ｎ極とＳ極を交互に配置された磁極１２２の境界となる螺旋曲線１２１によって軸方向のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計が全周にわたって同一となるように構成されている。

以上の構成により、図５に示すように、磁気円筒１２０と最も接近してトルクの伝達が行われる磁気円盤１１０の半径線上のＮ極とＳ極のそれぞれの長さの合計は回転によって変化することはなく、磁気円筒１２０と磁気円盤１１０の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動が生じにくく、伝達トルクのリップルや回転速度変動が低減し、振動や騒音を防止することができる。

図６（ａ）は本発明の磁気式動力伝達手段、図６（ｂ）は従来の磁気式動力伝達手段のそれぞれ回転数を測定したグラフであり、本発明の磁気式動力伝達手段は従来の磁気式動力伝達手段に比べ、回転数の変化速度（回転数曲線の傾き）も小さいことから伝達トルクのリップルが低減されていることが、回転数の変化量（回転数曲線の上下のピークの差）が少ないことから回転速度変動が低減されていることが、それぞれ示されている。

以上のように、本発明の磁気式動力伝達手段によれば、磁気円盤の磁極の配置が磁気円盤の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であり、磁気円筒と磁気円盤の間に発生している反発力・吸引力のバランス変動を低減し、伝達トルクのリップルや回転速度変動を低減するとともに、振動や騒音を防止できる。

１００、 ・・・磁気式動力伝達手段
１１０、５１０ ・・・磁気円盤
１１１、５１１ ・・・螺旋曲線
１１２、５１２ ・・・磁極
１１３、５１３ ・・・回転軸
１２０、５２０ ・・・磁気円筒
１２１、５２１ ・・・螺旋曲線
１２２、５２２ ・・・磁極
１２３、５２３ ・・・回転軸

Claims (3)

1. 円筒表面に磁極のＮ極とＳ極を交互に配置した磁気円筒と、円盤表面に内周から外周に向けて磁極のＮ極とＳ極を交互に放射曲線状に配置した磁気円盤とが対向するとともに、前記磁気円筒と前記磁気円盤の回転軸が、同一平面上で直交するように配置されている磁気式動力伝達手段において、
   前記磁気円盤の磁極の配置が、前記磁気円盤の中心を通る半径直線上のＮ極の長さの合計とＳ極の長さの合計を全周にわたって同一とする配置であることを特徴とする磁気式動力伝達手段。
2. 前記磁気円盤の磁極の配置が、複数のアルキメデス曲線を境界としてＮ極とＳ極を交互に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気式動力伝達手段。
3. 前記アルキメデス曲線が、等間隔に設けられるとともに、次式で表わされることを特徴とする請求項２に記載の磁気式動力伝達手段。
   ｒ＝ａθ＋ｒｉ
   ａ＝（ｒｏ−ｒｉ）／（Ｃ・Ｑｑ）
   （ｒｉ：磁極の最内周の半径
   ｒｏ：磁極の最外周の半径
   Ｃ ：原点（θ＝０）の位置での半径上に現れる磁極の極数
   Ｑｑ：円周方向の１極当たりの角度）

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