JP2011085197A

JP2011085197A - 変速機

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Publication number: JP2011085197A
Application number: JP2009238662A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Okubo; 嘉男大窪
Original assignee: KUBO KOKI KK
Current assignee: KUBO KOKI KK
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP4540740B1

Abstract

【課題】流体を利用しない簡易な構造で強力な動力変換が可能な変速機を提供する。
【解決手段】変速機１０は、筒状ケース１１内に同軸状に挿入された入力回転軸１８と、筒状ケース１１の他側面にて回転自在に取り付けられた出力回転部材２１と、入力回転軸１８に固定された回転誘導部２５と、回転誘導部２５の外方に配置され入力回転軸１８に回転自在に取り付けられると共に、他端側の外円環板３８が出力回転部材２１に固定された大きな重量の質量部材３６を有する回転変換部３５とを備えている。回転誘導部２５に設けた内側磁石３１と、回転変換部３５に設けた外側磁石４４とが周方向に極性を揃えて配置されることにより、互いに磁気反発力が作用して、回転誘導部２５の回転力が回転変換部３５において変換され出力される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、エレベータ、ベルトコンベア等の動力変換に用いられる変速機に関する。

従来、この種の変速機としては、流体の力学作用を利用したトルクコンバータが知られている。トルクコンバータは、例えば特許文献１に示すように、流体要素としてポンプインぺラ、タービンランナ、ステータを有し、ステータを固定軸上に支持するワンウェイクラッチを備えている。エンジンによってポンプインぺラが駆動されると、内部の流体がポンプの回転によってポンプインぺラに沿って外方に押し出され、タービンランナな流入してタービンランナにトルクを与えて回転させ、ステータを通って再びポンプインぺラに流入する循環主流が形成される。しかし、このトルクコンバータは、流体の循環を利用するものであり、流体を密封する構造であるため、構造が複雑であり高価である。

特開平５−７１６１０号公報

本発明は、上記問題を解決しようとするもので、流体を利用しない簡易な構造で動力変換が可能な変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、両側面が封止された中空の筒状ケースと、筒状ケース内に同軸状に挿入されて一端側が筒状ケースの一側面にて回転自在に支持される入力回転軸と、筒状ケース内に同軸状に収容され、周方向に極性を揃えて筒状に配設された内側磁石を筒状の内側支持部によって支持し、内側支持部の両端に磁気非透過材料で形成された一対の内円環板を固定して両端を封止し、一対の内円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸の所定位置に固定された回転誘導部と、筒状ケース内の回転誘導部の外方に同軸状に配置され、筒状の質量部材の内周面にて周方向に極性を揃えて筒状に配設されて内側磁石と隙間を隔てて対向して配置された内側磁石との間に互いに磁気反発力を生じる外側磁石を外側支持部によって質量部材に固定し、質量部材の両端に磁気非透過材料で形成された一対の外円環板を固定して両端を封止し、一対の外円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸に回転自在に取り付けられた回転変換部と、他端側の外円環板の外面に同軸状に固定され、筒状ケースの他側面にて筒状ケースに同軸状にかつ回転自在に取り付けられて回転変換部を支持する出力回転部材とを備え、入力回転軸が回転装置の回転軸に連結され、出力回転部材が駆動装置の回転軸に連結されることにある。

上記のように構成した本発明においては、エンジン等の回転装置の回転により回転装置の回転軸に連結された入力回転軸が回転し、入力回転軸に同軸状に固定された回転誘導部が回転する。ここで、図６に示すように、回転誘導部２５の内側支持部２６に支持された内側磁石３１と、回転変換部３５の外側支持部４１に支持された外側磁石４４とは、その極性を合わせて配列されているため、両者の間に互いに磁気反発力を生じるようになっている。そのため、回転誘導部２５の回転に伴う内側磁石３１の回転により、内側磁石３１との磁気反発力によって外側磁石４４も内側磁石３１と同一方向に回転しようとする。これにより外側磁石４４を固定した回転変換部３５も一体となって回転を開始するが、回転変換部３５に設けた大きな重量の質量部材３６が回転することにより大きな遠心力が発生し、そのために、回転変換部３５は回転装置の回転力を変換した回転力を発生できる。その結果、本発明においては、回転変換部が固定された出力回転部材に連結された駆動装置の回転軸に、この変換された回転力が伝達されるため、強力な動力変換が可能になる。

また、本発明によれば、内円環板と外円環板がステンレス、アルミニウム等の磁気非透過材料で形成されているため、内側磁石と外側磁石の大きな磁力は、筒状ケースの外部に漏れないように遮断される。その結果、本発明においては、内側磁石と外側磁石の大きな磁力が、回転誘導部による回転変換部への回転力の変換に有効に活用されると共に、外部に漏れた磁力により外部の電気機器に悪影響を与えるおそれもない。また、本発明によれば、変速機は、筒状ケース、入力回転軸、出力回転部材、回転誘導部、回転変換部という簡易かつ安価な部材で構成されているため、安価に提供される。

本発明においては、変速機の回転誘導部と回転変換部における内側磁石と外側磁石の磁気反発力の作用により、回転誘導部の回転力が重い質量部材を有する回転変換部で変換されて外部の駆動装置に伝達されるため、簡易な構造で大きな動力変換が可能になる。

本発明の一実施例である変速機を用いた動力変換機構の概略構成を示す摸式図である。同変速機を示す図３のＩＩ−ＩＩ線方向の断面図である。同変速機を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向の断面図である。図２における回転誘導部と回転変換部の一部を拡大して示す断面図である。図３における回転誘導部と回転変換部の一部を拡大して示す断面図である。同変速機の内側磁石と外側磁石との関係を説明する摸式図である。

以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。図１は一実施例である変速機を用いたベルトコンベアへの動力変換機構を摸式図により示し、図２は変速機を図３のＩＩ−ＩＩ線方向の断面図により示し、図３は変速機を図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向の断面図により示したものである。なお、図２において、変速機１０の一端は左端、他端は右端に対応するものとする。

変速機１０は、両側面が封止された中空の筒状ケース１１と、筒状ケース１１内に同軸状に挿入されて一端側にて筒状ケース１１の一側面（図２の左側面）にて回転自在に支持される入力回転軸１８と、筒状ケース１１の他側面（図２の右側面）にて同軸状にかつ回転自在に取り付けられる出力回転部材２１と、筒状ケース１１内に収容され入力回転軸１８に固定された回転誘導部２５と、筒状ケース１１内にて回転誘導部２５の外方に同軸状に配置され入力回転軸１８に回転自在に取り付けられると共に、他端側の外円環板３８が出力回転部材２１に固定された回転変換部３５とを備えている。

筒状ケース１１は、鉄製で円筒形の中空の容器であり、両端開放の円筒部１２と、その両端にてボルト１２ａにより取り付けられた円環形の端板部１３，１４とを設けており、円筒部１２の軸方向両端側に固定された一対の支持脚１１ａにより台等に設置固定される。一端側の端板部１３の中央には小径の中央孔１３ａが設けられており、他端側の端板部１４の中央には大径の中央孔１４ａが設けられている。端板部１３，１４の中央孔１３ａ，１４ａには、それぞれ環状のベアリング１５，１６が同軸状に固定されている。ベアリング１５は、端板部１３の右端にて中央孔１３ａ内にわずかに径方向に突出した突起１３ｂに係止されると共に端板部１３の左側面に重ね合わされてボルト１５ｂにより固定された環状の押え具１５ａにより挟まれて端板部１３に固定される。ベアリング１６は、端板部１４の左端にて中央孔１４ａ内にわずかに突出した突起１４ｂに係止されると共に端板部１４の右側面に重ね合わされてボルト１６ｂにより固定された環状の押え具１６ａにより挟まれて端板部１４に固定される。

一端側のベアリング１５の中心孔には、入力回転軸１８が同軸状に挿入される。入力回転軸１８は、一端側において端部から所定距離隔てた３か所が段部１８ａ，１８ｂ，１８ｃになっており、それを境として順次外径がわずかずつ小さくなるようにされている。入力回転軸１８の他端１８ｄは、軸方向に円錐状にわずかに突出している。入力回転軸１８は、その外側段部１８ａをベアリング１５に当接させることによって軸方向外方に移動不能なようにベアリング１５に取り付けられている。入力回転軸１８は、一端側が端板部１３から筒状ケース１１の外方に延びており、他端側が端板部１４の近傍まで延びている。入力回転軸１８の端板部１３からの延出部分には入力プーリ１９が同軸状に挿嵌されて固定されている。

他端側のベアリング１６の中心孔には、鉄製の円柱状の厚板である出力回転部材２１が同軸状に挿嵌されている。出力回転部材２１は、鉄製の円柱状の厚板であり、左端側が径方向にわずかに延びた環状突起２２になっており、右端にて軸方向に一体に延びたわずかに小径の筒状取付部２３を有している。出力回転部材２１は、環状突起２２をベアリング１６の内側面に当てることによって軸方向外方に移動不能にベアリング１６に取り付けられている。出力回転部材２１は、取付部２３が筒状ケース１１の外方に延びており、その延出部分には出力プーリ２４が嵌め合わされてボルト２４ａによって同軸状に固定されている。

回転誘導部２５は、内側支持部２６と内側磁石３１と左右一対の内円環板３２とを設けている。内側支持部２６は、入力回転軸１８を囲んだ径方向外方に同軸状に配設されている。内側支持部２６は、図４，図５に詳細に示すように、厚肉の鉄板を円筒状に加工した内筒部材２７と、薄肉の鉄板を円筒状に加工した外筒部材２８を同軸状に内外に配置したものであり、外筒部材２８は内筒部材２７より軸方向両側にわずかに延びている。内筒部材２７は、外周面の周方向の等間隔な複数個所にて軸方向に延びた断面長方形の細い溝２７ａを設けている。複数の溝２７ａには、鉄製の断面正方形の仕切り線材２７ｂが嵌め合わされており、一部が溝２７ａから径方向外方に突出している。内外筒部材２７，２８の両端には、内外筒部材２７，２８と共に内側支持部２６を構成する鉄製の円環状の抜け止め部材２９が配置されている。

内外筒部材２７，２８の間には、内側磁石３１が周方向に極性を揃えて円筒状に配設され、内外筒部材２７，２８によって挟持されている。内側磁石３１は、複数の円弧状で薄肉の磁石３１ａをＮ，Ｓの極性を揃えて周方向に並べたものをさらに軸方向に複数列配置したものであり、ネオジュムを含む強力かつ長寿命の磁石である。各磁石３１ａは、内周面側の周方向両端にて切り欠かれて軸方向に延びた線状凹部３１ａ１を設けている。内側磁石３１は、内筒部材２７の外周面の溝２７ａに嵌め合わされた仕切り線材２７ｂに各磁石３１ａの線状凹部３１ａ１を嵌め合わせることにより、周方向に移動しないように位置決め固定される。なお、内側磁石３１については、接着剤等により内外筒部材２７，２８に固定することも可能である。

内筒部材２７の両端開口には、それぞれ円筒状の厚板である内円環板３２が挿嵌されている。各内円環板３２は、磁気非透過材料であるステンレスで形成されており、中心に板を貫通した中心孔３２ａを設けており、また外周側において内側面側が全周に沿って断面長方形に切り欠かれた環状凹部３２ｂを設けている。環状凹部３２ｂは、内筒部材２７の断面形状と同一であり、内筒部材２７の端部が環状凹部３２ｂ内に嵌め合わされて、内円環板３２が内筒部材２７にボルト３３ａにより固定される。また、内円環板３２には、外筒部材２８と抜け止め部材２９とがボルト３３ｂにより固定される。回転誘導部２５は、内円環板３２をその中心孔３２ａにて入力回転軸１８に挿嵌させ、左側の内円環板３２外側面を入力回転軸１８の段部１８ｃ位置に合わせ、軸方向両外側から止め具３４で固定させることにより、軸方向に移動不能にかつ回転不能なように入力回転軸１８に取り付けられる。

筒状ケース１１内において、回転誘導部２５の外方には回転変換部３５が同軸状に配置されている。回転変換部３５は、質量部材３６と左右一対の外円環板３７，３８と、外支持部４１と外側磁石４４とを設けている。質量部材３６は、鉄製の径の異なる２本のパイプを嵌め合わせて形成した厚肉で大径の大きな重量を有する円筒形状の部材であり、回転誘導部２５に対して軸方向両側に延びている。左右の外円環板３７，３８は、磁気非透過材料であるステンレス製であり、中心孔３７ａ，３８ａを設けており、外周側において互いに対向する内側面側が、全周に沿って断面長方形に切り欠かれた環状凹部３７ｂ，３８ｂを設けている。左側の中心孔３７ａは板を貫通しているが、右側の中心孔３８ａは左側面から右側面まで延び右側が円錐状になって板の右側面に接している。外円環板３８は、中心孔３８ａに挿嵌された入力回転軸１８の他端１８ｄを受け止めるようになっている。外円環板３７，３８は、環状凹部３７ｂ，３８ｂにより質量部材３６の両端側に嵌め合わされて、ボルト３９により固定されて質量部材３６の両端開口を封止するようになっている。質量部材３６の内周面には、内側支持部２６の内側磁石３１に対向して、内側磁石３１と同じ材質のネオジュムを含む外側磁石４４が配設されている。

外側磁石４４は、複数の円弧状の磁石４４ａをＮ，Ｓの極性を内側磁石３１の極性に揃えて周方向に並べさらにこれを軸方向に複数列配置したものであり、ネオジュムを含む強力かつ長寿命の磁石である。各磁石４４ａは、外周面側の周方向両端に切り欠かれて軸方向に延びた線状凹部４４ａ１を設けている。外側磁石４４は、図５に詳細に示すように、質量部材３６の内周面の溝３６ａに嵌め合わされた仕切り線材３６ｂに各磁石４４ａの線状凹部４４ａ１を嵌め合わせることにより、周方向に移動しないように位置決めされて固定される。外側磁石４４は、鉄製で薄肉の筒状の外側支持部４１によりその両端に設けた円環状の抜け止め部材４２と共にボルト４３により質量部材３６に固定されている。なお、外側磁石４４については、接着剤等により質量部材３６に固定することも可能である。

回転変換部３５は、外円環板３７，３８の中心孔３７ａ，３８ａにて入力回転軸１８に挿嵌される。入力回転軸１８の他端１８ｄが、外円環板３８の中心孔３８ａ内に当接し、外円環板３７内側面が、入力回転軸１８の段部１８ｂに当接した状態で、外円環板３７の外側にて止め具４６により入力回転軸１８に対して回転自在にかつ軸方向に移動不能なように取り付けられている。そして、右端側の外円環板３８は、外側面にて接触する出力回転部材２１にボルト２３ａにより固定されて一体にされている。外側磁石４４は、複数の円弧状の磁石４４ａを周方向に内側磁石３１の極性を合わせて並べたものであり、それにより内側磁石３１との間に磁気反発力が発生するように構成されている。

変速機１０は、図１に示すように、その入力プーリ１９が電動モータ５１の回転軸に取り付けられたプーリ５２にベルト５３を巻装することによって連結され、出力プーリ２４が駆動装置であるベルトコンベア５４の回転駆動部５５の回転軸に取り付けられたプーリ５６にベルト５７を巻装することによって連結される。電動モータ５１には電源から給電される。

上記構成の実施例においては、電動モータ５１の回転により電動モータ５１の回転軸に連結された入力回転軸が１８回転し、入力回転軸１８に同軸状に固定された回転誘導部２５が回転する。ここで、回転誘導部２５の内側支持部２６に支持された内側磁石３１と、回転変換部３５の外側支持部４１に支持された外側磁石４４との間に互いに磁気反発力を生じているため、回転誘導部２５と一体となった内側磁石３１の回転により、内側磁石３１からの軸的反発力によって外側磁石４４も内側磁石と同一方向に回転を開始する。これにより外側磁石を固定した回転変換部３５も回転を開始し、重量の大きな質量部材３６が回転することにより大きな遠心力が発生し、そのために、回転変換部３５は電動モータ５１の回転力を変換した回転力を発生できる。その結果、本実施例においては、回転変換部３５が固定された出力回転部材２１に連結された回転駆動部５５の回転軸に強力に変換された回転力が伝達されるため、効率のよい動力変換が可能になる。

また、本実施例においては、内側磁石３１と外側磁石３８に発生した大きな磁力は、内円環板３２と外円環板３７，３８がアルミニウム、ステンレス等の磁気非透過材料で形成されているため筒状ケース１１の外部に漏れることが抑えられる。その結果、実施例においては、回転誘導部２５による回転変換部３５の回転力の伝達に有効に活用されると共に、外部に漏れた磁力により電動機等が破損する不具合を確実に防止できる。また、本実施例によれば、変速機１０は、筒状ケース１１、入力回転軸１８、出力回転部材２１、回転誘導部２５、回転変換部３５からなる簡易な装置で構成されているため、安価に提供される。

なお、上記実施例において、回転誘導部２５における抜け止め部材２９と内円環板３２を一体にする等の変更を行うことができる。また、変速機の電動モータと回転駆動部との連結についても、ベルトを介することなく、互いの回転軸同士を直接連結させることも可能である。その他、上記実施例に示した変速機については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することができる。

本発明は、変速機の回転誘導部と回転変換部における内側磁石と外側磁石の磁気反発力の作用により、回転誘導部の回転力が回転変換部で変換されて駆動装置に伝達されるため、有用である。

１０…変速機、１１…筒状ケース、１３，１４…端板部、１５，１６…ベアリング、１８…入力回転軸、２１…出力回転部材、２５…回転誘導部、２６…内側支持部、３１…内側磁石、３２…内円環板、３５…回転変換部、３６…質量部材、３７，３８…外円環板、４１…外側支持部、４４…外側磁石。

従来、この種の変速機としては、流体の力学作用を利用したトルクコンバータが知られている。トルクコンバータは、例えば特許文献１に示すように、流体要素としてポンプインぺラ、タービンランナ、ステータを有し、ステータを固定軸上に支持するワンウェイクラッチを備えている。エンジンによってポンプインぺラが駆動されると、内部の流体がポンプの回転によってポンプインぺラに沿って外方に押し出され、タービンランナに流入してタービンランナにトルクを与えて回転させ、ステータを通って再びポンプインぺラに流入する循環主流が形成される。しかし、このトルクコンバータは、流体の循環を利用するものであり、流体を密封する構造であるため、構造が複雑であり高価である。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、両側面が封止された中空の筒状ケースと、筒状ケース内に同軸状に挿入されて一端側が筒状ケースの一側面にて回転自在に支持される入力回転軸と、筒状ケース内に同軸状に収容され、複数の円弧状で薄肉の磁石をＮ，Ｓの極性を周方向に揃えて並べることにより筒状に配設された内側磁石を筒状の内側支持部によって支持し、内側支持部の両端に磁気非透過材料で形成された一対の内円環板を固定して両端を封止し、一対の内円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸の所定位置に固定された回転誘導部と、筒状ケース内の回転誘導部の外方に同軸状に配置され、筒状の質量部材の内周面にて複数の円弧状の磁石をＮ，Ｓの極性を内側磁石の極性に揃えて周方向に並べることにより筒状に配設されて内側磁石と隙間を隔てて対向して配置された内側磁石との間に互いに磁気反発力を生じる外側磁石を外側支持部によって質量部材に固定し、質量部材の両端に磁気非透過材料で形成された一対の外円環板を固定して両端を封止し、一対の外円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸に回転自在に取り付けられた回転変換部と、他端側の外円環板の外面に同軸状に固定され、筒状ケースの他側面にて筒状ケースに同軸状にかつ回転自在に取り付けられて回転変換部を支持する出力回転部材とを備え、入力回転軸が回転装置の回転軸に連結され、出力回転部材が駆動装置の回転軸に連桔されることにある。

上記構成の実施例においては、電動モータ５１の回転により電動モータ５１の回転軸に連結された入力回転軸が１８回転し、入力回転軸１８に同軸状に固定された回転誘導部２５が回転する。ここで、回転誘導部２５の内側支持部２６に支持された内側磁石３１と、回転変換部３５の外側支持部４１に支持された外側磁石４４との間に互いに磁気反発力を生じているため、回転誘導部２５と一体となった内側磁石３１の回転により、内側磁石３１からの磁気反発力によって外側磁石４４も内側磁石と同一方向に回転を開始する。これにより外側磁石を固定した回転変換部３５も回転を開始し、重量の大きな質量部材３６が回転することにより大きな遠心力が発生し、そのために、回転変換部３５は電動モータ５１の回転力を変換した回転力を発生できる。その結果、本実施例においては、回転変換部３５が固定された出力回転部材２１に連結された回転駆動部５５の回転軸に強力に変換された回転力が伝達されるため、効率のよい動力変換が可能になる。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、両側面が封止された中空の筒状ケースと、筒状ケース内に同軸状に挿入されて一端側が筒状ケースの一側面にて回転自在に支持される入力回転軸と、筒状ケース内に同軸状に収容され、複数の円弧状で薄肉の磁石をＮ，Ｓの極性を周方向に揃えて並べることにより筒状に配設された内側磁石を筒状の内側支持部によって支持し、内側支持部の両端に磁気非透過材料で形成された一対の内円環板を固定して両端を封止し、一対の内円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸の所定位置に固定された回転誘導部と、筒状ケース内の回転誘導部の外方に同軸状に配置され、筒状の質量部材の内周面にて複数の円弧状の磁石をＮ，Ｓの極性を内側磁石の極性に揃えて周方向に並べることにより筒状に配設されて内側磁石と隙間を隔てて対向して配置された内側磁石との間に互いに磁気反発力を生じる外側磁石を外側支持部によって質量部材に固定し、質量部材の両端に磁気非透過材料で形成された一対の外円環板を固定して両端を封止し、一対の外円環板の中心孔にて入力回転軸に挿嵌されると共に入力回転軸に回転自在に取り付けられた回転変換部と、他端側の外円環板の外面に同軸状に固定され、筒状ケースの他側面にて筒状ケースに同軸状にかつ回転自在に取り付けられて回転変換部を支持する出力回転部材とを備え、入力回転軸が回転装置の回転軸に連結され、出力回転部材が駆動装置の回転軸に連結されることにある。

Claims

両側面が封止された中空の筒状ケースと、
該筒状ケース内に同軸状に挿入されて一端側が該筒状ケースの一側面にて回転自在に支持される入力回転軸と、
前記筒状ケース内に同軸状に収容され、周方向に極性を揃えて筒状に配設された内側磁石を筒状の内側支持部によって支持し、該内側支持部の両端に磁気非透過材料で形成された一対の内円環板を固定して両端を封止し、該一対の内円環板の中心孔にて前記入力回転軸に挿嵌されると共に該入力回転軸の所定位置に固定された回転誘導部と、
前記筒状ケース内の前記回転誘導部の外方に同軸状に配置され、筒状の質量部材の内周面にて周方向に極性を揃えて筒状に配設されて前記内側磁石と隙間を隔てて対向して配置された該内側磁石との間に互いに磁気反発力を生じる外側磁石を外側支持部によって前記質量部材に固定し、該質量部材の両端に磁気非透過材料で形成された一対の外円環板を固定して両端を封止し、該一対の外円環板の中心孔にて前記入力回転軸に挿嵌されると共に該入力回転軸に回転自在に取り付けられた回転変換部と、
他端側の前記外円環板の外面に同軸状に固定され、前記筒状ケースの他側面にて該筒状ケースに同軸状にかつ回転自在に取り付けられて前記回転変換部を支持する出力回転部材とを備え、
前記入力回転軸が回転装置の回転軸に連結され、前記出力回転部材が駆動装置の回転軸に連結されることを特徴とする変速機。