JP2021512577A - 変更可能なヒステリシスクラッチ - Google Patents

Abstract

本発明によるヒステリシスクラッチ（１０）は、円周方向の逆方向に分極する、対となった磁石（１８）を有し、それらの間に磁束を半径方向に偏向するための磁極片（１７）が設けられた、第１回転子を備える。第２回転子（１２）が一連の永久磁石（１９）を有し、それが円周方向に延在して、回転軸Ａと同軸の円上に配置される。第１磁石（１８）の数と第２磁石（１９）の数が、戻りトルクがないか又は少なくとも小さい戻りトルクを有する滑らかなトルク曲線を達成するように構成される。この目的のために、第１回転子の永久磁石の数（Ｍ）と第２回転子の永久磁石の数（Ｓ）は、相互を考慮し、かつ特定の条件を維持するように構成される。このために、以下の２つの条件、すなわち２つの数（Ｍ）と（Ｓ）が互いに素であること、及び２つの数（Ｍ）と（Ｓ）の積を１８０で割ったものが２の整数乗（Ｍ＊Ｓ／１８０＝２Ｎ［Ｎ＝０，１，２，３．．．］）であること、の少なくとも一方に従って構成可能である。

Description

本発明は、特に、クレーン、ホイスト、トラクション駆動装置、機械工具などの機械及び装置におけるトルク伝達のためのヒステリシスクラッチに関する。

ホイストの駆動トレインにおけるヒステリシスクラッチ装置は、例えば米国特許第３，５７３，５１８号明細書から知られる。ヒステリシスクラッチは２つの回転子から成り、その１つはモータシャフトに連結されてそれで駆動される。ヒステリシスクラッチのもう一方の回転子は、ホイストの一部を構成する伝動装置の入力シャフトに連結される。モータに連結される回転子は、回転軸に関して同軸円状に配置されて円周方向に分極されたセラミック磁石を備える。磁石同士の間には磁極片が配置されて、回転子の軸面において変化する磁極を規定する。第２回転子は、同じ回転軸の周りに回転支持される、例えばＡｌＮｉＣｏなどの永久磁石材料のプレートによって形成される。

永久磁石を担持し、モータシャフトに連結される回転子は、伝達入力シャフトに連結される回転子よりも明らかに容積が大きく、したがって、伝達器側の回転子よりも高い慣性モーメントを有する。さらに、モータ側の回転子は、その周囲に延在する調整バンドを介して部分的に導かれる、その磁石配置による比較的強い径方向の漏洩磁場を不可避的に含む。そのため一部の漏洩場に関して磁気的な短絡回路を形成する。径方向の漏洩場の残りの部分は、クラッチ筐体を通過してモータの回転中にそこに渦電流を生成する。これがモータを減速して出力損失となる。

さらに、米国特許第４，８７６，４７１号明細書からヒステリシスクラッチが知られる。そこでは、２つの軸面側にヒステリシススプレートを備える第２回転子の実質的に円筒形の内部空間に、永久磁石から成る第１回転子が回転可能に配置される。これらはその容積の大部分が、ＡｌＮｉＣｏ粉末で充填された電気絶縁性の結合材料から成る。第２回転子は外周側が封鎖される。

円盤形状の空隙を制限する２つの回転子を有するヒステリシスクラッチがさらに独国実用新案第２０２００８００３９３１（Ｕ１）号明細書から知られる。回転子の１つが磁石を担持し、もう１つの回転子がヒステリシス円盤として構成される。２つの回転子間の距離を調節することで、伝達トルクを調節できる。

さらには、ヒステリシスクラッチを有するホイストが、独国特許出願第１０２０１４１０１６５５（Ａ１）号明細書から知られる。そこではヒステリシスクラッチの第１と第２の回転子の間には、円筒形の空隙が画定される。

従来技術で知られるヒステリシスクラッチはその計画寸法に関して個別に設計される。それぞれに提示される概念では、他の関係での使用に必要とされ得るような、異なる全体寸法を実現することは不可能であるか又は限られた形でしか可能でない。

本発明の目的は、荷重と使用範囲が大きく、異なるサイズでの構築を可能とするヒステリシスクラッチの概念を提供することである。

この目的は、請求項１によるヒステリシスクラッチによって解決される。

本発明のヒステリシスクラッチは２つの回転子から成り、それぞれが異なる保磁力の、複数の永久磁石を装備する。２つの回転子の間には円錐台形、又は好ましくは円筒形の空隙が画定される。そうすることで、これまでに使用されてきた構築原理、すなわちヒステリシス材料を備える第２回転子が、今日まで可能な範囲で持続的に連続して構成されたように、構築原理が残る。円周方向に連続的に配置された複数の個別の永久磁石で第２回転子を構築することにより、より小さいクラッチの構築と共に、直径の大きい、著しくトルクの強力なクラッチの構築が可能となる。

第２回転子は、摺動方向すなわち円周方向に、少なくとも２つ、好ましくは複数の、直列に配置されて閉リングを形成する永久磁石を含む。そうすることで、他の場合には、特にＡｌＮｉＣｏ磁石ではリング形状の永久磁石に対する限られた製造可能性のために、寸法に関する制約があるが、その制約が排除される。摺動方向に、第２回転子の永久磁石が不連続的に直列に繋がるために、任意寸法のヒステリシスクラッチを実現可能である。第２回転子の一連の永久磁石は、複数、例えば３、５、７、８又は他の数の個別の、好ましくは円筒−皿−形状（cylinder-dish-shaped)の磁石を備えることが望ましい。磁石同士の間には、軸方向及び径方向に延在する空隙又は隙間を構成可能である。空隙には磁石の保持手段を含むことができる。

ヒステリシスクラッチは円周方向に閉じており、これが周辺環境、特にクラッチ筐体への漏洩磁場の影響を軽減する。そうして、高回転速度を可能とする。さらに、ヒステリシスクラッチのこの構造が、両方の回転子が小さい慣性モーメントを有するコンパクトな設計の基礎をなす。それにより、空隙において実質的に半径方向を向く磁場が得られ、特に、有害な漏洩磁場を抑制し同時に高い伝達可能トルクを得ることが達成される。本発明により、高い伝達可能トルクを提供し、同時に小寸法であって慣性モーメントの小さいクラッチが生成される。

好ましくは両回転子の永久磁石は、保磁力は異なるが、硬磁性材料からなる。さらに、２つの回転子の永久磁石は、好ましくはそれぞれに使用される材料の最大エネルギー積によって区別される。第１回転子は好ましくは、最大エネルギー積が１００ｋＪ／ｍ^３より大きく、好ましくは２００ｋＪ／ｍ^３より大きくて最大で５００ｋＪ／ｍ^３超迄に達することができる永久磁石を備え、第２回転子の少なくとも１つの永久磁石のエネルギー積は好ましくは５０ｋＪ／ｍ^３超である。例えば、第１回転子の永久磁石は、例えばネオジム磁石などの希土類磁石であり、他方、第２回転子の永久磁石はＡｌＮｉＣｏ磁石であってよい。第１回転子の永久磁石は動作時にその磁化を維持し、第２回転子の永久磁石は動作中にクラッチが摺動すると同時に連続的に再磁化される。

第１回転子の永久磁石は、好ましくは回転子の回転軸に関して円周方向に分極され、それによって、互いに隣接する磁石はそれぞれが反対方向に分極される。このために永久磁石は、円周方向に磁化優先軸を有する明瞭な磁気異方性を有することが好ましい。次に、第１回転子の磁石同士の間にそれぞれの磁極片が配置され、隣接する磁石の円周方向逆向きの分極に起因する径方向の磁束が生成される。

好ましくは第１回転子の永久磁石は、台形断面を有する、回転軸に平行に配向した角柱として構成され、これによって台形の狭い側が径方向外側に配置され、大きい側が径方向内側に配置される。こうして、第１回転子の永久磁石は好ましくは、回転子の回転軸と同軸の円上に配置される。

好ましくは、第２回転子もまた、回転軸に対して同軸の円上に配置された複数の永久磁石を備える。これにより第２回転子の永久磁石は好ましくは円筒−皿状の形状に構成され、それぞれの皿の内側が、空隙を半径方向外向きに制限する。皿の内側は好ましくは仮想円筒の外表面上に配置され、その中央軸が第１回転子、及びしたがってクラッチの回転軸に一致する。

第２回転子の永久磁石の半径方向厚さは、好ましくは、第１回転子の永久磁石によって生成される磁束が、第２回転子の永久磁石の少なくとも１つの位置に飽和磁束密度を生成するような寸法となっている。好ましくは第２回転子の永久磁石の半径方向厚さは、第１回転子の永久磁石により生成される磁束が、第２回転子の各永久磁石材料の長手断面において永久磁石材料に飽和磁束密度をもたらすような寸法となっている。そうすることで、同時に低重量又は低慣性モーメントの状態で、高い伝達可能なトルクが達成される。

第２回転子の永久磁石の数は、第１回転子の永久磁石の数とは異なる。第１の永久磁石により画定される第１の磁極角度は、３６０°を第１の永久磁石の数で割って得られる。第２の永久磁石により画定される第２の磁極角度は、３６０°を第２の永久磁石の数で割って得られる。第１と第２の磁極角は好ましくは共通の整数の約数を持たない。こうして、２つの回転子の永久磁石の数が、摺動状態においても特に滑らかなトルク伝達が得られるように規定される。

好ましくは、第１回転子の永久磁石の数Ａと第２回転子の永久磁石の数Ｂとは互いに素である。このことは、ａ）第１回転子の永久磁石の数Ａと第２回転子の永久磁石の数Ｂは互いに割ることができず、かつｂ）両方の数を同様に割ることのできる整数は存在しない、ということを意味する。可能な対としては、例えば３０個の第１永久磁石と７個の第２永久磁石、２０個の第１永久磁石と９個の第２永久磁石などである。

第２回転子の永久磁石は回転軸に同軸のカラーを形成する。第２回転子の個々の永久磁石の間に均一な隙間が形成され、それが好ましくは軸方向に回転軸と平行に配向する。円周方向に測定すると、隙間は好ましくは空隙部で円周方向に測った磁極片のそれぞれの幅よりも狭い。好ましくは、第２回転子の永久磁石が積層ホルダに保持され、その個々の金属シートが永久磁石の嵌合支持を形成するために隙間に係合する突出部を備えることができる。個々の金属シートは、好ましくはアルミニウムなどのような非磁性又は反磁性であって、良好な熱伝導金属で形成されることが望ましい。あるいは、ホルダはプラスチック又は別の電気的及び磁気的な非伝導材料で作ることができる。個別の金属シートを積層した形状にホルダを構成することで、あるいは電気的、磁気的に非伝導の材料で構成することで、渦電流損が最小化され、第２回転子の永久磁石の電気伝導度によって規定される、傾斜を有する摺動特性曲線を得ることができる。

第２回転子の永久磁石は好ましくは磁極片の軸方向寸法に一致する軸方向寸法を有する。そうすることで、第２回転子の円周上の各位置には、常に最大でも１つの永久磁石しか存在しない。ただしこれに代わり、２つ以上の群の永久磁石、すなわち回転軸と同軸の第１のカラー上に配置された第１の群と、回転軸と同軸の第２のカラー上に配置された第２の群で第２回転子を構成することも可能である。所望であれば、永久磁石の更なる群をそれに応じて提供することも可能である。２つ以上の群の永久磁石は、互いに軸方向に当接して配置することが可能である。２つの群の軸方向に隣接する永久磁石の間に、渦電流を低減する、電気的絶縁中間層を設けることも可能である。２つの群の軸方向に隣接する磁石は、互いに面一に配置することも、あるいは角度的に互いにずれて配置して、１つの群の１つの永久磁石が、他の群の周方向に隣接する磁石間の隙間を覆うようにすることも可能である。そのような構成によって、特に平坦なトルク伝達特性曲線を実現することが可能であり、そこでは伝達されるトルク量が摺動の増加に対して僅かしか増加しない。

第１回転子の永久磁石の数Ｍと第２回転子の永久磁石の数Ｓが、特定の条件に従いつつ相互を考慮して定義されれば、戻りトルクがないか又は少なくとも戻りトルクの小さい、滑らかなトルク進行が達成される。２つの数ＭとＳは、以下で示す２つの条件のうちの少なくとも１つに従って、好ましくは両方の条件を満たして、規定される。

ａ）２つの数ＭとＳが互いに素である。すなわち数ＭとＳが共通の整数の約数を持たず、それにより戻りトルクの低いトルク進行が達成される。

及び／又は
ｂ）２つの数ＭとＳの積を１８０で割ったものが２の整数乗（Ｍ＊Ｓ／１８０＝２^Ｎ［Ｎ＝０，１，２，３．．．］）である。それにより戻りトルクのないトルク進行が達成される。

これらの条件は、少なくともＭが１６０以下であり、かつＳが４５以下である場合に当てはまる。

ＭとＳの適切な対の例は、２０と９、３６と５、４０と９、７２と５、８０と９である。

図面には本発明の実施形態が示される。

本発明のヒステリシスクラッチを示す概略側面図である。 図１の線II−IIで切断した、図１のヒステリシスクラッチの断面図である。 第２回転子の永久磁石の斜視図である。 使用する磁石材料のＢ−Ｈ図である。 第１の実施形態のヒステリシスクラッチの外側回転子の内側の展開図である。 第２の実施形態のヒステリシスクラッチの外側回転子の内側の展開図である。

図１は、それぞれが駆動シャフト１３と従動シャフト１４に連結されるか又は連結可能な、第１回転子１１と第２回転子１２を備える、ヒステリシスクラッチ１０を示す。２つの回転子１１、１２のその構造は、特に図１のII−IIの断面を少し図式化して示す、図２の断面図から明らかである。２つの回転子１１、１２の間には、リング形状の実質的に円筒空隙１５が画定され、そこを回転子１１、１２の間に作用する磁束線が、実質的に放射状に走る。

第１回転子１１は、例えばアルミニウム、適切なプラスチック又は別の反磁性若しくは非磁性材料で構成される、非磁性ハブ１６を備える。加えて、ハブ１６には、それ以上示されていないが、シャフト１３との連結手段を設けることができる。あるいは、シャフト１３とのつなぎ目のないハブ１６の一体構成も可能である。

ハブから放射状に延在する偶数個の磁極片１７が設けられる。図２では、必要な区別のために、その参照番号１７にａ〜ｅの個別の文字インデックスが付されている。したがって、この後、文字インデックスなしで磁極片１７を参照する場合は、全ての磁極片に対して単数形及び複数形で同様に適用される。磁極片１７はその外周が、仮想円筒の表皮面に倣う形で構成される。その半径方向の内側は、ハブ１６に固定される。そのために、摩擦及び／又は材料接着の連結を適宜用いた、適切な形状嵌合連結を使用可能である。各磁極片１７は実質的に柱状の楔形をしており、各磁極片のほぼ台形をした面が軸方向を向いている。

互いに隣接する磁極片１７ａと１７ｂ、１７ｂと１７ｃなどの間には、軸方向に延在しかつ断面が台形又は楔形である隙間が画定され、そこに永久磁石１８が配置される。図２においては、その参照番号には必要に応じて区別するためにそれぞれの文字インデックスａ〜ｅが与えられる。したがって、この後、永久磁石１８を文字インデックスなしで参照する場合は、すべての永久磁石に対して適用される。永久磁石１８は、磁極片１７の間の隙間に適合する台形断面を有し、これらの隙間に嵌め込まれる。永久磁石１８は好ましくは、エネルギー積が１００ｋＪ／ｍ^３より大、好ましくは２００ｋＪ／ｍ^３より大で、１０００ｋＡ／ｍよりはるかに大きい保磁力を有する、硬磁性磁石材料でできている。例えば第１回転子の永久磁石１８は、鉄、コバルト及びニッケルの群の内の少なくとも１つの元素に、ネオジム、サマリウム、プラセオジム、ジスプロシウム、テルビウム、ガドリニウム及びイットリウムの群の内の少なくとも１つの希土類金属を加えた希土類磁石である。好ましくは第１磁石１８の材料は、ネオジム−鉄−ボロン合金、特にはＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂである。磁石１８の主たる磁気方位は好ましくは円周方向を向いており、したがって、空隙に隣接する幅の狭い面及びハブ１６に向いた幅の広い面に対して実質的に平行である。磁化された永久磁石１８は、平面状に構成されたその側面が磁極片１７の側面に当接し、そこでクランプされ、適宜、接着剤により保持される。１つの磁極片１７に対してそれぞれ当接する２つの磁石１８は、従って逆方向に分極し、それぞれの磁極片の側面（平坦側）に同じ特性の磁極が当接する。このために、当接する磁石１８はそれぞれ逆方向に分極する。その結果、隣接する磁極片１７は、図２に模式的に示すように、その外周面にＮ極とＳ極を交互に形成する。

第２回転子１２は少なくとも１群の永久磁石１９からなり、その参照番号１９にはそれぞれａ〜ｅの文字インデックスが与えられて個別の参照を可能とする。この後、永久磁石１９を文字インデックスなしで参照する場合は、すべての永久磁石に相応して適用される。群の一部を成す永久磁石１９の数は、好ましくは３以上である。図５においては、回転子１２の内面の展開部分を径方向外向きに見て示す。

第２回転子１２の永久磁石１９はその内側で空隙１５に隣接する。こうして、それぞれの永久磁石１９の内側は円弧に倣って湾曲し、永久磁石１９が最終的に円筒形の皿を形成する。永久磁石１９は、好ましくは丸められた端部を除いて、半径方向に実質的に均一な厚さを備える。永久磁石１９は、その端部を丸められてもよいし、あるいは平坦面で終端してもよい。図３において、永久磁石１９は、すべての永久磁石１９ａ〜１９ｉに関して例示的に、文字インデクスなしで、分かり易い図とするために少し誇張した曲率で示されている。

永久磁石１９ａ〜１９ｉは、軸方向と半径方向に延在する小さな間隙２０を有する、回転軸Ａｘと同軸のカラーを形成する。これらの間隙２０は、好ましくは隣接する磁極片間の距離よりも大きくはなく、いずれにしても周方向に測った磁極片１７の幅よりも狭い。回転軸Ａｘは両方の回転子１１、１２の共通の回転軸であり、したがって、同時にヒステリシスクラッチ１０の回転軸である。

円周に沿って直列に配置された、偶数個の磁極片１７のために、偶数のＭ個の第１磁石１８が得られる（例えば２０個の磁石１８）。円周に沿って直列に配置された、Ｓ個の第２磁石１９は、好ましくは、第１磁石１８の数Ｍと第２磁石１９の数Ｓが、異なる磁極角度となるように選択される。これは、第１回転子１１の永久磁石１８の数Ｍと、第２回転子１２の永久磁石１９の数Ｓが、３６０°を２つの数Ｍ、Ｓで割ったものが、異なる、好ましくは互いに素の磁極角α、βをもたらすようにそれぞれ定義される。磁極角α、βは共通の整数の約数を持たない。さらに、第２磁石１９は好ましくは、図２の磁極片１７ａ、１７ｂと磁石１９ｂから明らかなように、少なくとも２つの磁極片１７を跨ぐような円周方向の長さを有する。

代替又は追加として、以下の条件の少なくとも１つが数ＭとＳに当てはまる。
ａ）２つの数ＭとＳが互いに素である、すなわち数ＭとＳが共通の整数の約数を持たず、それにより戻りトルクの低いトルク進行が達成される。及び／又は
ｂ）２つの数ＭとＳの積を１８０で割ったものが数字２のべき乗、すなわちＭ＊Ｓ／１８０＝２^Ｎとなる。ここで、Ｎは整数、好ましくは自然数［Ｎ＝０，１，２，３…］であり、それにより戻りトルクなしのトルク進行が達成される。

ＭとＳの適切な対の例は、２０と９、３６と５、４０と９、７２と５、８０と９である。

磁極片１７の軸方向の寸法は、好ましくは永久磁石１９の軸方向長さに実質的に対応する。そうすることで、永久磁石１９は磁極片１７から発する全磁束φを受け取る。

永久磁石１９の半径方向の厚さは好ましくは長手方向と半径方向に同時に延在する磁石１９を貫く仮想断面２１が、永久磁石１９の磁性材料が少なくとも１つの位置においてその飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２に達するような領域を含む寸法となっている。さらに、図４を参照すると、曲線２２がネオジム−鉄−ボロン合金の第１永久磁石１８のＢ−Ｈ特性曲線を示し、第２の曲線２３がアルミニウム−ニッケル−コバルト合金から成る第２磁石１９のＢ−Ｈ特性曲線を示す。第２磁石１９の半径方向厚さは十分大きく、平面２１の面積を飽和磁束密度で掛け算したものは、隣接する磁極片（例えば１７ａと１７ｂ）から第２磁石１９を介して供給される磁束φに等しい磁束φをもたらす。

明らかなように、第１磁石１８は、第２磁石１９の材料の保磁力Ｈ_Ｃ２よりも大きい保磁力Ｈ_Ｃ１である材料から成る。さらに、好ましくは第１磁石１８の残留誘導Ｂ_ｒ１は第２磁石１９の残留誘導Ｂ_ｒ２よりも大きい。同じことが飽和磁束密度Ｂ_Ｓ１とＢ_Ｓ２についても当てはまる。第１磁石１８の全体積は第２磁石１９の全体積以下であり得る。第１磁石の全体積は、すべての第１磁石１８の全体積の合計である。第２磁石１９の全体積は、すべての第２磁石１９の全個別体積の合計である。第１永久磁石１８の磁石材料は、第２永久磁石１９の磁石材料のエネルギー積より好ましくは５倍から１０倍大きいエネルギー積を備える。

第２永久磁石１９は、隙間２０に広がる網を備えるホルダ２４に配置される。好ましくはホルダ２４は積層されている。すなわち同じ形の金属シートブランクを互いの上に積み重ねて、それをタイロッドなどのような、図示されていない手段によって締め付けて堅固な束とすることで形成される。このために、穴２４ａ、２４ｂが金属シートブランクに設けられて、それぞれのねじ又はタイロッドを受ける役目をする。代替又は追加として、個別のホルダ金属シートは互いに接着されてもよい。ホルダ２４はさらに保護板２５に接続され、保護板は次にシャフト１４に接続されるか接続可能である。保護板２５及びシャフト１４は、互いに一体接続されてもよい。ホルダ２４、保護板２５及びシャフト１４もまた、例えば射出成形の完全部品として形成されるなどして、相互に一体接続されてもよい。

これまでに述べたヒステリシスクラッチ１０は以下のように動作する。

シャフト１３、１４のうちの１つが駆動トルクを受けて、そのトルクを回転子１１、１２間の磁気的効果によってそれぞれの相手のシャフトに伝達する。次に、シャフト１３が入力シャフトとして回転駆動されると仮定する。そうして、回転する第１回転子１１が、実施例によれば１０個の磁極によって、第２の永久磁石１９を貫通する回転磁場を生成する。これは、図３のスケッチ風のイラストから磁極片１７ａ、１７ｂに関して明らかである。Ｎ極として分極した磁極片１７ａから、磁束φが発生し、それが空隙１５に隣接する湾曲した内側から永久磁石１９に入り、そこで、実質的に直交する長手方向断面２１を通過するために円周方向に向きを変え、その後今度は空隙１５に面する内面から出て磁極片１７ｂに達する。磁束φの強度と長手方向断面２１の大きさとの間の相互作用により、この長手方向断面２１の少なくとも１つの地点において、第２磁石１９の磁性材料の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２に達する。このとき、ヒステリシスクラッチの放射方向の近隣に存在する浮遊磁束を回避又は最小化するために、長手方向断面２１は、平面全体ではないが、可能な限りいかなる地点においても飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２を超えないような寸法とされる。さらにこうして、伝達可能なトルクがその最大値に達する。

ただし、長手方向断面２１が非常に大きくて、その長手方向断面２１のいずれの場所においても飽和磁束密度に到達しない場合には、図４に示す曲線２３はもはや最大に設定されず、したがって、伝達可能なトルクもその最適値に到達しない。

ヒステリシスクラッチ１０の動作の説明を、シャフト１４にはトルクがかかっておらず、回転子１３が回転駆動されると最初に仮定すると、２つの回転子１１、１２は同期して運動する。これは、滑りの限界未満のトルクのみがシャフト１４から取り込まれる限りはそうである。この滑りの限界は、永久磁石１８によって供給される磁束φにより、永久磁石１９の内側に磁極が誘導されることで生成される。その移動は所定の最小の力で初めて開始可能である。ヒステリシスクラッチのトルク荷重が増加すると、まず２つの回転子１１、１２の間の角度回転が起こり、その過程において、第２永久磁石１９の誘導されたＳ極と誘導されたＮ極が、磁極片１７ａ、１７ｂのＮ極とＳ極に関して少し移動する。第２磁石１９の誘導磁極は、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２に至るまでの可能な限りは、永久磁石１９の磁石材料の磁化に基づく。

トルクの増大とともに増加もする磁極の移動のために、第２永久磁石１９の磁石材料が保磁力Ｈ_Ｃ２に達して超えるまではトルクは最初滑りなしで伝達される。この場合、誘導された磁極が第２磁石１９のカラー上を円周方向に移動開始する。これによりシャフト１３とシャフト１４の間で伝達されるトルクはその限界に達しそれ以降第２磁石１９内に誘導される渦電流によってのみ増大する。

ヒステリシスクラッチ１０においては同様にシャフト１４が入力シャフトとして作用することができ、そこから生じるトルクをシャフト１３に伝達可能である。トルクの流れは双方向性である。

回転子１２は、上記のヒステリシスクラッチ１０の実施形態において第２永久磁石１９の１つの群を含み、回転軸Ａｘに同軸的に配向するカラーを形成し、かつ第１回転子１１又はその磁極片１７を軸方向に完全に覆う。第２回転子１２は、図６に示すように２つ以上の群の第２永久磁石１９を含むこともできる。永久磁石１−１９の第１群＃１、永久磁石２−１９の第２群＃２及び永久磁石３−１９の第３群＃３が図６に示されている。第１群＃１の永久磁石１−１９（１−１９ａ〜１−１９ｄで表示）が、回転軸Ａｘの同軸に配向する第１カラーを形成する。したがって、第２群＃２の永久磁石２−１９が回転軸Ａｘに同軸の第２のカラーを形成し、第３群＃３の永久磁石３−１９が回転軸Ａｘに同軸の第３のカラーを形成する。３つの群＃１、＃２、＃３の永久磁石１９は、図６に示すように互いに対して角度的にずれることが可能であり、それにより、互いに軸方向に隣接する永久磁石１９が、円周方向にそれぞれ互いに隣接する永久磁石１９の間に形成される隙間をそれぞれ覆う。第１群＃１の永久磁石１−１９と第２群＃２の永久磁石２−１９の間に２次元絶縁体２６を配置して、好ましくは永久磁石１−１９を永久磁石２−１９から絶縁することが可能である。同様に、絶縁体２７は第２群＃２の永久磁石２−１９と第３群＃３の永久磁石３−１９の間に配置可能である。

この配置により、永久磁石１９に生じる渦電流が低減され、それによって２つの回転子１１と１２との間の回転速度差への伝達トルクの依存性が低減される。トルク−スリップ特性曲線はこうして特にフラットである。さらに、この手段により戻りトルクを形成する傾向が、発生するとしても低減可能である。永久磁石１９の数を３つの群＃１、＃２、＃３において、同数又は異なる数に規定することが可能である。さらに、３つの群のそれぞれの永久磁石１９の数は、それが好適ではあるが、磁極片１７の数と互いに素であることは必ずしも必要としない。また、２つの回転子１１、１２の磁極角度α、βは、これも好適ではあるが必ずしも互いに素である必要はない。

本発明のヒステリシスクラッチ１０において、第１回転子１１には円周方向に逆向きに対をなして分極する磁石１８が設けられ、それらの間に半径方向に磁束を再配向させる磁極片１７が設けられる。第２回転子１２は、回転軸Ａｘと同軸の円上にあって、円周方向に延在する、一連の第２永久磁石１９を備える。第１磁石１８の数と、第２磁石１９の数は好ましくは、戻りトルクなしの滑らかな、又は少なくとも戻りトルクの小さい、トルク進行が達成される。この目的のために、第１回転子の永久磁石の数Ｍと第２回転子の永久磁石の数Ｓは、特定の条件を遵守しつつ、相互を考慮して規定される。このために、２つの数ＭとＳは、以下の条件のうちの少なくとも１つによって規定可能である。２つの数ＭとＳは互いに素である、及び／又は２つの数ＭとＳの積を１８０で割ったものが、数字２の整数乗、Ｍ＊Ｓ／１８０＝２^Ｎ［Ｎ＝０，１，２，３…］）、である。

１０ ヒステリシスクラッチ
１１ 第１回転子
１２ 第２回転子
１３ 第１シャフト
１４ 第２シャフト
１５ 空隙
１６ ハブ
１７ 磁極片
１８ 第１回転子の永久磁石
１９ 第２回転子の永久磁石
Ａ 回転軸
２０ 隙間
２１ 長手方向断面
２２ 第１永久磁石のＢ−Ｈ特性曲線
２３ 第２永久磁石のＢ−Ｈ特性曲線
２４ ホルダ
２４Ａａ 取り付け開口
２５ 保護板
２６ 絶縁体
２７ 絶縁体
Ａｘ 回転軸
Ａ 第１永久磁石の数
Ｂ 第２永久磁石の数

Claims (15)

1. 機械装置において特に回転エネルギーを伝達するためのヒステリシスクラッチ（１０）であって、
   第１保磁力（Ｈ_Ｃ１）を有する複数の永久磁石（１８）を備える、回転軸（Ａｘ）を中心に回転可能な第１回転子（１１）と、
   前記第１保磁力（Ｈ_Ｃ１）より小さい第２保磁力（Ｈ_Ｃ２）を有し、摺動方向に順番に配置された、少なくとも２つの永久磁石（１９）を備える、前記回転軸（Ａｘ）を中心に回転可能な第２回転子（１２）と、
   前記第１回転子（１１）と前記第２回転子（１２）の間に形成された、円錐台形又は円筒形の空隙（１５）を有する、ヒステリシスクラッチ。
2. 第１及び第２回転子（１１、１２）の前記永久磁石（１８、１９）は、異なる硬磁性材料でできていることを特徴とする、請求項１に記載のヒステリシスクラッチ。
3. 前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）は、１００ｋＪ／ｍ^３より大きく、好ましくは２００ｋＪ／ｍ^３より大きい最大エネルギ―積（Ｂ−Ｈ）ｍａｘを有し、及び／又は前記第２回転子（１２）の前記少なくとも１つの永久磁石（１９）は、１０ｋＪ／ｍ^３より大きいが１００ｋＪ／ｍ^３より小さい最大エネルギ―積（Ｂ−Ｈ）ｍａｘを有することを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載のヒステリシスクラッチ。
4. 前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）は、鉄、コバルト及びニッケルの群の内の少なくとも１つの元素と、それに加えてネオジム、サマリウム、プラセオジム、ジスプロシウム、テルビウム、ガドリニウム及びイットリウムの群の内の少なくとも１つの希土類金属から成り、好ましくはネオジム−鉄−ボロン合金、特にはＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂで構成される希土類磁石であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
5. 前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）は、前記永久磁石（１８）の優先磁化方位を規定する磁気異方性を備え、前記優先磁化方位は前記第１回転子（１１）の前記回転軸（Ａｘ）に関して円周方向に向いていることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
6. 前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）は、円周方向に分極し、隣接する永久磁石（１８）はそれぞれ逆方向に分極することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
7. 前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）は台形断面を有し、断面が台形形状である隣接する磁極片（１７）の間に形成されるポケット内に幅の狭い側を半径方向外向きに、かつ幅の広い側を半径方向内向きに配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
8. 前記第１回転子（１１）は第１の数の永久磁石（１８）を有し、前記第２回転子（１２）は第２の数の永久磁石（１９）を有し、ここで前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）の数Ａと第２回転子（１２）の前記永久磁石（１９）の数Ｂとは互いに素であることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
9. ａ）前記２つの数ＭとＳが互いに素である、すなわち数ＭとＳが共通の整数の約数を持たず、それにより戻りトルクの低いトルク進行が達成されるか、
   ｂ）前記２つの数ＭとＳの積を１８０で割ったものが数字２のべき乗、すなわち
   Ｍ＊Ｓ／１８０＝２^Ｎ
   であって、ここで、Ｎは自然数［Ｎ＝０，１，２，３…］であり、それにより戻りトルクなしでトルク進行が達成されるか、
   の少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
10. 前記第２回転子（１２）の前記少なくとも１つの永久磁石（１９）は、２００ｋＡ／ｍより大きく、好ましくは１０００ｋＡ／ｍより大きい保磁力（ＨＣ）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
11. 前記永久磁石（１９）の少なくとも１つはＡｌＮｉＣｏ磁石であることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
12. 前記第２回転子（１２）の前記永久磁石（１９）はそれぞれ、前記空隙（１５）を半径方向外向きに制限する皿の内側を有する、円筒−皿−形状の形で構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のヒステリシスクラッチ。
13. 前記第２回転子（１２）の前記永久磁石（１９）の径方向厚さ（ｒ）は、前記第１回転子（１１）の前記永久磁石（１８）により生成される磁束φによって、前記第２回転子（１２）の各永久磁石（１９）の長手方向断面（２１）上の少なくとも１点において、その飽和磁束密度（Ｂ_ｓａｔ）が達成される寸法であることを特徴とする、請求項１２に記載のヒステリシスクラッチ。
14. 前記第２回転子（１２）の各永久磁石（１９）は、互いに隣接する前記第１回転子（１１）の永久磁石（１８）の間に配置される少なくとも２つの磁極片（１７）に渡っていることを特徴とする、請求項１０〜請求項１３のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。
15. 前記第２回転子（１２）の前記少なくとも１つの永久磁石（１９）は積層ホルダ（２４）内に保持されることを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載のヒステリシスクラッチ。

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