JP2012197805A - 磁気カップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化を図りながら、回転軸方向に生ずる吸引力を低減させて良好にトルクを伝達することができる磁気カップリング装置を提供すること。
【解決手段】互いの作用面１４１，２２１が対向して設けられ、かつそれぞれが共通の中心軸Ｌ回りに回転可能となる従動側回転体１０及び駆動側回転体２０を備え、従動側回転体１０及び駆動側回転体２０のそれぞれの作用面１４１，２２１における中心軸Ｌに近接した内周領域間において、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合に自身の復元力により中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力を生じさせるコイルバネ１３１と、従動側回転体１０及び駆動側回転体２０のそれぞれの作用面１４１，２２１におけるコイルバネ１３１の配設個所よりも径外側の外周領域間において中心軸Ｌの軸方向に沿った磁気吸引力を生じさせる磁力ユニットを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いの作用面が近接離反する態様で対向して設けられ、かつそれぞれが作用面と直交する方向に沿って延在する共通の回転軸回りに回転可能となる第１回転体及び第２回転体を備えてなり、第１回転体と第２回転体との作用面間に生ずる磁力により一方側の回転体から他方側の回転体にトルクを伝達する磁気カップリング装置に関するものである。

従来、トルクを伝達する回転伝達機構の一例として、次のような磁気カップリング装置が知られている。例えば、円筒状の形態を成す駆動側回転体の内周面と、該駆動側回転体と同一回転軸上に配置した円筒状の形態を成す従動側回転体の外周面とに、永久磁石をエアーギャップを介して対向配置し、内周面と外周面との間に生ずる磁力を利用して駆動側回転体のトルクを従動側回転体に伝達するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１６５１８９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に提案されている磁気カップリング装置では、その構造上、回転軸方向にある程度の大きさを要するため、装置全体の小型化を図ることは困難であった。

一方、上記磁気カップリング装置とは別に、円板状の形態を成す駆動側回転体と、円板状の形態を成す従動側回転体とを互いの作用面が離隔して対向する態様で配置して成る磁気カップリング装置が知られている。この磁気カップリング装置では、駆動側回転体及び従動側回転体ともそれぞれの作用面と直交する方向に沿って同一直線上に延在する回転軸回りに回転可能に構成されている。そして、駆動側回転体と従動側回転体との作用面間に生ずる磁力（磁気吸引力）により駆動側回転体から従動側回転体にトルクを伝達するものである。このような磁気カップリング装置では、その構造上、回転軸方向に短いものとする全体として扁平な構成が可能であり、装置全体の小型化が図ることが可能である。

ところが、円板状の駆動側回転体及び従動側回転体を備えて成る磁気カップリング装置では、駆動側回転体と従動側回転体との間で回転軸方向に沿って磁気吸引力が生ずるために、回転体を支持する軸受部材の負担が大きくなる。特に伝達するトルクが大きくなればなるほど回転軸方向に沿って生ずる磁気吸引力も大きくなるため、機構上の対策が必要になる。

本発明は、上記実情に鑑みて、装置全体の小型化を図りながら、回転軸方向に生ずる吸引力を低減させて良好にトルクを伝達することができる磁気カップリング装置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、本発明の請求項１に係る磁気カップリング装置は、互いの作用面が近接離反する態様で対向して設けられ、かつそれぞれが作用面と直交する方向に沿って延在する共通の回転軸回りに回転可能となる第１回転体及び第２回転体を備えてなり、第１回転体と第２回転体との作用面間に生ずる磁力により一方側の回転体から他方側の回転体にトルクを伝達する磁気カップリング装置において、前記第１回転体及び前記第２回転体のそれぞれの作用面における前記回転軸に近接した内周領域間において、第１回転体と第２回転体との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合に自身の復元力により前記回転軸の軸方向に沿った反発力を生じさせるバネ部材と、前記第１回転体及び前記第２回転体のそれぞれの作用面における前記バネ部材の配設個所よりも径外側の外周領域間において前記回転軸の軸方向に沿った磁気吸引力を生じさせる磁力ユニットとを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る磁気カップリング装置は、上述した請求項１において、前記磁力ユニットは、第１回転体の作用面における前記外周領域に対応する個所に、前記回転軸を中心とする周方向に沿って互いに隣り合う磁極が異極となる態様で複数の磁石が所定間隔で配設されて成る磁石群と、前記第１回転体が相対的に回転することにより前記第２回転体の作用面における磁石と対向可能な個所に、該回転軸を中心とする周方向に沿って磁性体群が配設されて成る磁性盤とを備えて成ることを特徴とする。

本発明の磁気カップリング装置においては、バネ部材が、第１回転体及び第２回転体のそれぞれの作用面における回転軸に近接した内周領域間において第１回転体と第２回転体との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合に自身の復元力により回転軸の軸方向に沿った反発力を生じさせ、磁力ユニットが、第１回転体及び第２回転体のそれぞれの作用面におけるバネ部材の配設個所よりも径外側の外周領域間において回転軸の軸方向に沿った磁気吸引力を生じさせる。これにより、一方の回転体を回転軸の軸方向に沿って変位させる力を低減化、すなわちスラスト荷重を低減化させることができる。そして、回転軸回りの回転方向には、磁石ユニットの磁気吸引力が作用することで、一方の回転体の回転に同期して他方の回転体を回転させることができ、一方の回転体から他方の回転体へトルクを伝達することができる。更に、回転軸方向を短いものとする扁平な構成が可能であり、装置全体の小型化を図ることが可能である。従って、装置全体の小型化を図りながら、回転軸の軸方向に沿って生ずる磁気吸引力を低減させて良好にトルクを伝達することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である磁気カップリング装置を模式的に一部断面で示す説明図である。 図２は、図１に示した磁気カップリング装置における従動側回転体の作用面の構成を示すもので、駆動側回転体から見た場合を示す説明図である。 図３は、図１に示した磁気カップリング装置における駆動側回転体の作用面の構成を示すもので、従動側回転体から見た場合を示す説明図である。 図４は、従動側回転体の磁石群と駆動側回転体の磁性盤とが対向した状態を示す説明図である。 図５は、図１に示した磁気カップリング装置における従動側回転体と駆動側回転体とが近接した状態を一部断面で示す説明図である。 図６は、本発明の実施の形態である磁気カップリング装置の変形例を模式的に一部を断面で示す説明図である。 図７は、図６に示した磁気カップリング装置の変形例における従動側回転体と駆動側回転体とが近接した状態を一部断面で示す説明図である。 図８は、図６に示した磁気カップリング装置の変形例におけるバイメタル部材の作用を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る磁気カップリング装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である磁気カップリング装置を模式的に一部を断面で示す説明図である。ここで例示する磁気カップリング装置は、従動側回転体（第１回転体）１０と、駆動側回転体（第２回転体）２０とを備えて構成してある。

従動側回転体１０は、円板状の形態を成す基部１１と、この基部１１の中心部より駆動側回転体２０側に向けて突出する略円筒状の軸保持部１２とを備えて構成してある。軸保持部１２は、その内部に中空部１２１が形成してあり、先端側の内壁には図示せぬ駆動シャフトと螺合するネジ部１２２が設けてある。この軸保持部１２は、ネジ部１２２にて螺合する駆動シャフトを保持するものであり、駆動シャフトの中心軸と一致する中空部１２１の中心軸Ｌ回りに回転可能となっている。つまり、従動側回転体１０は、中空部１２１の中心軸Ｌを回転軸としてその回転軸回りに回転可能となるものである。ここで、駆動シャフトは、例えばコンプレッサ装置に連結されるものである。

基部１１は、バネ保持部１３と磁石保持部１４とを備えている。バネ保持部１３は、駆動側回転体２０に対向する側であって、軸保持部１２の径外側となる内周領域に設けてある。このバネ保持部１３においては、駆動側回転体２０を臨むよう開口が形成された円環状の凹部にコイルバネ（バネ部材）１３１が収納してある。コイルバネ１３１は、一端がバネ保持部１３に係止され、他端に円環状の摩擦板１３２が連結されており、かかる摩擦板１３２を駆動側回転体２０に向けて自身の復元力にて付勢するものである。すなわち、コイルバネ１３１は、摩擦板１３２を中心軸Ｌの軸方向に沿って付勢するものである。ここで摩擦板１３２は、軸保持部１２の外表面に設けられた規制部材１２３により駆動側回転体２０に向けての変位が規制されており、これにより予め許容された距離以上にはコイルバネ１３１の付勢力が及ばないようにしてある。

磁石保持部１４は、バネ保持部１３の径外側となる外周領域に設けてあり、その駆動側回転体２０に対向する円環状の面が作用面１４１を構成している。この磁石保持部１４の作用面１４１には、磁石群１５が設けてある。磁石群１５は、図２に示すように、複数（図示の例では３０個）の永久磁石１５１により構成されるものである。これら永久磁石１５１は、中心軸Ｌを中心とする円周上に等間隔で配置してある。つまり、永久磁石１５１は、中心軸Ｌを中心とする周方向に沿って配置してある。これら永久磁石１５１は、互いに隣り合う磁極が異極となる態様で設けてある。

駆動側回転体２０は、従動側回転体１０と略同一の外径を有する円板状の形態を成しており、その中央領域に従動側回転体１０の軸保持部１２が貫通する貫通孔２０ａが形成してある。この駆動側回転体２０とバネ保持部１３との間にはベアリング２１が配設してあり、バネ保持部１３と駆動側回転体２０との間で回転力が直接伝達されないようにしてある。

このような駆動側回転体２０は、図示せぬ駆動手段から駆動力が与えられることで、軸保持部１２の中心軸Ｌを回転軸としてその回りに回転するとともに、従動側回転体１０に近接離反する態様で中心軸Ｌの軸方向に沿ってスライド移動するものである。

かかる駆動側回転体２０においては、ベアリング２１の配設個所の径外側が従動側回転体１０の磁石保持部１４と対向する外周領域部２２となっており、従動側回転体１０と対向する円環状の面が作用面２２１を構成している。この作用面２２１には磁性盤２３が設けてある。磁性盤２３は、図３に示すように、複数（図示の例では３０個）の磁性体であるヨーク歯群２３１により構成されるものである。ヨーク歯群２３１は、中心軸Ｌを中心とする円周上に配置してあり、それぞれの構成要素が径外方向に向かうに連れて幅漸次大きくなる形状を有している。また、これらヨーク歯群２３１は、渦電流用アルミニウム２３２で周囲を囲まれており、換言すると、渦電流用アルミニウム２３２に埋設してある。

ところで、本実施の形態においては、上記規制部材１２３は、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が予め決められた所定の大きさ（例えば２ｍｍ）となる個所に配設してある。これにより、従動側回転体１０に対して駆動側回転体２０が近接する態様でスライド移動する場合において、互いの離間距離が所定の大きさを超える場合には、コイルバネ１３１の付勢力を駆動側回転体２０には作用させず、互いの離間距離が所定の大きさ以下となる場合には、コイルバネ１３１の付勢力（例えば７００Ｎ程度）を駆動側回転体２０に作用させることができる。よって、コイルバネ１３１は、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合に自身の復元力により中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力を生じさせるものである。

また、本実施の形態では、永久磁石１５１の面積、並びにこれと対となるヨーク歯群２３１の面積は、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が所定の大きさ以下となる場合において両者間に働く中心軸Ｌの軸方向に沿った磁気吸引力が、コイルバネ１３１の復元力による中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力と渦電流による反発力との和と略同程度となるように大きさが予め調整してある。

以上のような構成を有する磁気カップリング装置では、次のようにして駆動側回転体２０から従動側回転体１０にトルクを伝達することになる。

駆動手段により駆動側回転体２０が中心軸Ｌ回りに回転しながら従動側回転体１０に対して近接する態様でスライド移動する。従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が所定の大きさを超える場合には、従動側回転体１０の磁石群１５と駆動側回転体２０の磁性盤２３との間で、図４に示すように永久磁石１５１とヨーク歯群２３１とが対向して磁気吸引力が働き、駆動側回転体２０の中心軸Ｌ回りの回転に追従するかたちで従動側回転体１０も中心軸Ｌ回りに回転しはじめる。

図５に示すように、従動側回転体１０に対して近接する態様でスライド移動する駆動側回転体２０と従動側回転体１０との離間距離が所定の大きさ以下となる場合には、駆動側回転体２０が摩擦板１３２に当接して該摩擦板１３２を押圧することでコイルバネ１３１の復元力が働き、中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力が作用することとなる。この場合、磁石群１５と磁性盤２３との離間距離も小さくなるために永久磁石１５１とヨーク歯群２３１との間で働く磁気吸引力も大きくなり、その結果、中心軸Ｌの軸方向に沿った磁気吸引力がコイルバネ１３１の反発力（中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力）に略等しいものとなる。

一方、駆動側回転体２０は中心軸Ｌ回りを回転していることから、磁石群１５と磁性盤２３との間での中心軸Ｌ回りの回転方向の磁気吸引力も大きくなる。その結果、従動側回転体１０は、駆動側回転体２０に同期して回転することとなり、これにより駆動側回転体２０から従動側回転体１０にトルクが伝達されることになる。

このような磁気カップリング装置においては、従動側回転体１０の磁石群１５と、駆動側回転体２０の磁性盤２３との間で生ずる中心軸Ｌの軸方向に沿った磁気吸引力と、従動側回転体１０に設けたコイルバネ１３１による中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力とが作用することで、中心軸Ｌの軸方向に沿って従動側回転体１０を変位させる力を低減化、すなわちスラスト荷重を低減化させることができる。そして、中心軸Ｌ回りの回転方向には、磁石群１５と磁性盤２３との間で働く磁気吸引力が作用することで、駆動側回転体２０の回転に同期して従動側回転体１０を回転させることができ、駆動側回転体２０から従動側回転体１０へトルクを伝達することができる。更に、従動側回転体１０及び駆動側回転体２０が、構造上中心軸Ｌの軸方向に沿った長さを短いものとする扁平な構成が可能であり、装置全体の小型化を図ることが可能である。

従って、本実施の形態である磁気カップリング装置によれば、装置全体の小型化を図りながら、中心軸Ｌの軸方向に沿って生ずる磁気吸引力を低減させて良好にトルクを伝達することができる。

上記磁気カップリング装置においては、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合にコイルバネ１３１による反発力を作用させるようにしたので、従動側回転体１０との離間距離が所定の大きさとなるまでは駆動側回転体２０をコイルバネ１３１の反発力を受けることなく従動側回転体１０に近接させる態様でスライド移動させることができる。これにより駆動側回転体２０のスライド移動をスムーズに行うことが可能になり、駆動側回転体２０のスライド移動に要する切替力を低減させることができる。

このことについてより詳細に説明すると次のようになる。従動側回転体１０と駆動側回転体２０との中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力を磁気反発力により実現しようとすると、磁気の特性上、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との間には磁気反発力が強弱の差はあれ常に作用することとなる。しかも駆動側回転体２０の回転数と従動側回転体１０の回転数との差が大きい場合には渦電流が生ずることによる反発力も相乗的に作用して、従動側回転体１０に近接させるための駆動側回転体２０のスライド移動に要する切替力が過大なものになってしまう。この点、コイルバネ１３１による反発力を用いることで、従動側回転体１０との離間距離が所定の大きさとなるまでは駆動側回転体２０をコイルバネ１３１の反発力を受けることなく従動側回転体１０に近接させる態様でスライド移動させることができる。しかも従動側回転体１０に駆動側回転体２０を近接させる途中において、両者の間に作用する磁気吸引力で従動側回転体１０が駆動側回転体２０に追従する形態で回転することで両者の回転数差を小さくすることができるので、渦電流による反発力も低減させることができ、結果的に駆動側回転体２０のスライド移動に要する切替力を低減させることができる。

また、上記磁気カップリング装置においては、従動側回転体１０と駆動側回転体２０との中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力を磁気反発力により実現しようとする場合に比して永久磁石（１５１）の使用量を低減させることができ、これにより製造コストの低減化を図ることが可能になる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更を行うことができる。以下に変形例について説明する。

図６は、本発明の実施の形態である磁気カップリング装置の変形例を模式的に一部を断面で示す説明図である。尚、上述した実施の形態である磁気カップリング装置と同一の構成を有するものには同一の符号を付してその説明を省略する。

ここで例示する磁気カップリング装置は、従動側回転体（第１回転体）１００と、駆動側回転体２０とを備えて構成してある。

従動側回転体１００は、上述した実施の形態である磁気カップリング装置の従動側回転体１０に対してバイメタル部材１６を備えている点で相違する。かかるバイメタル部材１６は、バネ保持部１３に配設してあり、コイルバネ１３１の一端とバネ保持部１３との間に介在するものである。このバイメタル部材１６は、所定温度（例えば１２０℃）以上となる場合に変形してコイルバネ１３１を駆動側回転体２０に向けて押圧するものである。

このような磁気カップリング装置においても、図７に示すように、従動側回転体１００に対して近接する態様でスライド移動する駆動側回転体２０と従動側回転体１００との離間距離が所定の大きさ以下となる場合には、駆動側回転体２０が摩擦板１３２に当接して該摩擦板１３２を押圧することでコイルバネ１３１の復元力が働き、中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力が作用することとなる。この場合、磁石群１５と磁性盤２３との離間距離も小さくなるために永久磁石１５１とヨーク歯群２３１との間で働く磁気吸引力も大きくなり、その結果、中心軸Ｌの軸方向に沿った磁気吸引力がコイルバネ１３１の反発力（中心軸Ｌの軸方向に沿った反発力）に略等しいものとなる。一方、駆動側回転体２０は中心軸Ｌ回りを回転していることから、磁石群１５と磁性盤２３との間での中心軸Ｌ回りの回転方向の磁気吸引力も大きくなる結果、従動側回転体１００は、駆動側回転体２０に同期して回転することとなり、これにより駆動側回転体２０から従動側回転体１００にトルクが伝達されることになる。

ところで、例えばコンプレッサ装置のロック等に起因して、従動側回転体１００の回転と駆動側回転体２０の回転とが同期せずにいわゆる脱調状態になることがある。このような脱調状態になると、渦電流効果に由来する発熱により永久磁石１５１の温度が高温となり、結果的に永久磁石１５１が減磁してしまいトルクを良好に伝達できないことがある。

永久磁石１５１の温度が上昇してバイメタル部材１６が所定温度以上となると、図８に示すように、かかるバイメタル部材１６は変形してコイルバネ１３１を駆動側回転体２０に向けて押圧し、これにより駆動側回転体２０が従動側回転体１００より離隔する方向にスライド移動する。これにより従動側回転体１００と駆動側回転体２０との離間距離を大きくし、渦電流効果を低減させることができる。

以上のように、本発明に係る磁気カップリング装置は、互いの作用面が離隔して対向する態様で設けられた第１回転体と第２回転体との作用面間に生ずる磁力により一方側の回転体から他方側の回転体にトルクを伝達するのに適している。

１０ 従動側回転体（第１回転体）
２０ 駆動側回転体（第２回転体）
１２３ 規制部材
１３ バネ保持部
１４ 磁石保持部
１３１ コイルバネ（バネ部材）
１３２ 摩擦板
１４１ 作用面
１５ 磁石群
１５１ 永久磁石
２２ 外周領域部
２２１ 作用面
２３ 磁性盤
２３１ ヨーク歯群
Ｌ 中心軸（回転軸）

Claims (2)

1. 互いの作用面が近接離反する態様で対向して設けられ、かつそれぞれが作用面と直交する方向に沿って延在する共通の回転軸回りに回転可能となる第１回転体及び第２回転体を備えてなり、第１回転体と第２回転体との作用面間に生ずる磁力により一方側の回転体から他方側の回転体にトルクを伝達する磁気カップリング装置において、
   前記第１回転体及び前記第２回転体のそれぞれの作用面における前記回転軸に近接した内周領域間において、第１回転体と第２回転体との離間距離が予め決められた大きさ以下となる場合に自身の復元力により前記回転軸の軸方向に沿った反発力を生じさせるバネ部材と、
   前記第１回転体及び前記第２回転体のそれぞれの作用面における前記バネ部材の配設個所よりも径外側の外周領域間において前記回転軸の軸方向に沿った磁気吸引力を生fsじさせる磁力ユニットと
   を備えたことを特徴とする磁気カップリング装置。
2. 前記磁力ユニットは、
   第１回転体の作用面における前記外周領域に対応する個所に、前記回転軸を中心とする周方向に沿って互いに隣り合う磁極が異極となる態様で複数の磁石が所定間隔で配設されて成る磁石群と、
   前記第１回転体が相対的に回転することにより前記第２回転体の作用面における磁石と対向可能な個所に、該回転軸を中心とする周方向に沿って磁性体群が配設されて成る磁性盤と
   を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の磁気カップリング装置。

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