JP3911805B2 - 磁気継手および磁気継手の固定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の回転力を発生する駆動手段の回転力を、原動軸から従動軸に磁力により伝達する磁気継手（マグネットカップリング）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気継手の構造は、周知のごとく、原動軸と一体的に回転する原動側マグネット部材と、従動軸と一体的に回転する従動側マグネット部材とを所定の間隔を隔てて対向配設し、両マグネット部材の磁力により回転力を伝達するものである。
そして、マグネット部材は、マグネット（永久磁石）をインサート成形により樹脂製のプレートに一体化したもの（図１２参照）、又は円板状のプレートにマグネットを接着したものである（図１３参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気継手は、前述のごとく、磁力により回転力を伝達するものであるので、マグネットの性能、大きさ、両マグネット部材の間隔（磁気ギャップ）に応じて伝達可能な回転力が決定される。
したがって、伝達可能な回転力を大きくするには、マグネットの性能を上げる、マグネットを大きくする、磁気ギャップを小さくする等の処置を施す必要があるので、マグネットのコスト高を招く、組み付け精度を高くする必要がある等、磁気継手のコスト高を招いてしまう。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、磁気継手において、コスト高を抑制しつつ伝達可能な回転力の向上や磁気継手の品質向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、駆動手段（５）によって回転する原動軸（５１）と、
前記原動軸（５１）とは独立に設けられる従動軸（１５）と、
前記原動軸（５１）に固定され、コの字状断面形状を有する磁性材料からなる円板状の原動側プレート（１０６ｂ）と、
前記従動軸（１５）に固定され、コの字状断面形状を有する磁性材料からなる円板状の従動側プレート（１０５ｂ）と、
前記原動側プレート（１０６ｂ）のコの字状断面形状による凹部側に接着された円板状の原動側マグネット（１０６ａ）と、
前記従動側プレート（１０５ｂ）のコの字状断面形状による凹部側に接着された円板状の従動側マグネット（１０５ａ）とを有し、
前記原動側プレート（１０６ｂ）のコの字状断面形状による内周壁と、前記原動側マグネット（１０６ａ）の外周壁との間に原動側隙間（δ３）が形成され、
前記従動側プレート（１０５ｂ）のコの字状断面形状による内周壁と、前記従動側マグネット（１０５ａ）の外周壁との間に従動側隙間（δ２）が形成され、
前記原動側マグネット（１０６ａ）及び前記原動側プレート（１０６ｂ）からなる原動側マグネット部材（１０６）と、前記従動側マグネット（１０５ａ）及び前記従動側プレート（１０５ｂ）からなる従動側マグネット部材（１０５）とが所定間隔（δ１）を隔てて対向配設され、
前記原動側マグネット部材（１０６）及び前記従動側マグネット部材（１０５）の磁力により前記原動軸（５１）の回転力を前記従動軸（１５）に伝達するようになっており、
さらに、前記原動側隙間（δ３）には、前記原動側マグネット（１０６ａ）及び前記原動側プレート（１０６ｂ）の回転バランスを調整する原動側バランス調整部材（３００）が設けられ、
前記従動側隙間（δ２）には、前記従動側マグネット（１０５ａ）及び前記従動側プレート（１０５ｂ）の回転バランスを調整する従動側バランス調整部材（３００）が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、後述するように、磁気回路が構成されるため、磁気継手のコスト高を抑制しつつ伝達可能な回転力の向上させることができる。
また、隙間（δ2 、δ3 ）を形成することで、マグネット（１０５ａ、１０６ａ）の外周面を研削加工することなく、プレート（１０５ｂ、１０６ｂ）に装着することができ、磁気継手のコスト高をさらに抑制することができる。
【０００７】
また、請求項１に記載の発明では、従動側隙間（δ２）及び原動側隙間（δ３）にそれぞれ従動側・原動側バランス調整部材（３００）を設けているので、簡単に調芯をすることができ、かつ、遠心力でバランス調整部材（３００）が離脱することを防止でき、磁気継手の品質を向上させることができる。
【０００９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る磁気継手１０をバッテリ冷却用送風機に適用したものであって、このバッテリ冷却用送風機は、車両走行用電動モータを有する電気自動車（電動モータとエンジンとの両者を有する、いわゆるハイブリット車両も含む。）の車両後方側のトランクルーム内に配設される（図２参照）。
【００１１】
図１中、２は充放電可能な二次電池（本実施形態では、ニッケル水素電池）であり、３は１本のファンシャフト４により回転駆動される遠心多翼ファン（以下、ファンと略す。）である。５はファン３を駆動する回転力を発生する電動モータ（駆動手段）であり、この電動モータ（以下、モータと略す。）５、ファン４および二次電池２は、ケーシング６内に収納されている。
【００１２】
そして、ケーシング６には、ダクト（図２参照）を介して車室内に連通するとともに二次電池２に送風する空気が吸入される吸入口７、およびケーシング６外に空気を排出する排出口８が形成されている。さらに、ケーシング６内の空間を、二次電池２およびファン３が配設された空間と、モータ５が配設された空間とに離隔する、非磁性体からなる金属（本実施形態ではステンレス）製の隔壁部材９もケーシング６内に配設されている。
【００１３】
なお、ケーシング６は、図２、３に示すように、二次電池２を収納するとともに排出口８が形成された第１ケーシング６ａと、ファン３のスクロール型ケーシングを構成するとともに、吸入口７が形成された第２ケーシング６ｂと、モータ５を収納して隔壁部材９を構成する第３ケーシング６ｃとから構成されおり、これらケーシング６ａ〜６ｃはボルトにて締結されている。
【００１４】
また、第３ケーシング６ｃには、図１に示すように、吸入口７に比べてその開口面積が十分に小さく設定された２つの呼吸穴１１が形成されており、これら呼吸穴１１は、ダクト（ホース）１１ａを介して車室内と連通している。
さらに、排出口８の空気流れ下流側には、図２に示すように、排出口８を車外に連通させる場合と、トランク内に連通させる場合とを選択的に切り換える切換ドア（切換手段）１２が配設されており、この切換ドア１２を駆動するサーボモータ（駆動手段）１２ａおよびモータ５の作動は、図４に示すように、電子制御装置（ＥＣＵ）１３により制御されている。
【００１５】
なお、ＥＣＵ１３には、二次電池２の温度（以下、この温度を電池温度という。）を検出する温度センサ（温度検出手段）１４からの信号が入力されており、ＥＣＵ１３は、電池温度が上昇するほどモータ５に印加する電圧を上昇させてファン３による送風量を増加させる。また、電池温度が所定温度以下では、排出口８とトランク内を連通させるように切換ドア１２（サーボモータ１２ａ）を作動させ、一方、電池温度が所定温度を越えたときには、排出口８と車外とを連通させる。
【００１６】
ところで、モータ５とファン３とは、隔壁部材９にて離隔されているため、モータ５からファン３（ファンシャフト４）への駆動力の伝達は、図３に示すように、電磁継手１０、およびシャフト間の偏心を吸収する撓み継手やフックの継手（以下、これら継手を撓み継手等と呼ぶ。）を介して行われる。
以下に、図５、６を用いて電磁継手１０の構造について述べる。
【００１７】
電磁継手１０は、周知のごとく、モータ５のモータシャフト（回転軸）５１を原動軸として、磁力により撓み継手等に連結される従動軸１５に回転力を伝達するものである。
そして、１０１はモータ５側から従動軸１５側に延びる円筒状の延出部材であり、この延出部材１０１は、モータ５のヨークハウジング５２のうち従動軸１５側に面する平面部５２ａ（図６参照）に接触させた状態で、Ｐねじ等の締結手段１０２によりモータ５（ヨークハウジング５２）に固定されている。なお、延出部材１０１は、ステンレス等の非磁性体製である。
【００１８】
また、１０３は従動軸１５を回転可能に支持する転がり軸受（以下、この転がり軸受を従動側軸受と呼ぶ。）１０４を保持する、ステンレス等の非磁性体製の軸受保持部材であり、この軸受保持部材１０３は、延出部材１０１のうち従動軸１５側の端部１０１ａを基準として、隔壁部材９と共に延出部材１０１に積層するようにして位置決めされている。
【００１９】
なお、従動側軸受１０４は、内輪（インナーレース）１０４ａ、転動体（鋼球）１０４ｂおよび外輪（アウターレース）１０４ｃから構成されており、内輪１０４ａは従動軸１５にしまりばめ等により圧入固定され、外輪１０４ｃはすきまばめ等により軸受保持部材１０３の凹部１０３ａに従動軸１５側から挿入されている。
【００２０】
また、１０５は、従動軸（回転軸）１５に固定される従動側マグネット部材であり、この従動側マグネット部材１０５は、コの字状断面形状を有する磁性材料からなる円板状の従動側プレート１０５ｂと、この従動側プレート１０５ｂの凹部側に接着された第１永久磁石１０５ａと、この第１永久磁石１０５ａが接着固定された従動側プレート１０５ｂおよび従動側軸受１０４の内輪１０４ａに接触する環状（円筒状）の従動側カラー１０５ｃとから構成されている。
【００２１】
このため、従動側マグネット部材１０５は、従動側軸受１０４（内輪１０４ａ）を介して軸受保持部材１０３を基準として、軸受保持部材１０３に積層されるようにして位置決めされることとなる。
なお、第１永久磁石１０５ａは、Ｎ極とＳ極とが交互に現れるように扇型の永久磁石を円周状に配設した円板状（図８参照）であり、従動側マグネット部材１０５では、従動側プレート１０５ｂの内周壁と第１永久磁石１０５ａの外周壁との間に、隙間δ２が形成されている。
【００２２】
因みに、従動側プレート１０５ｂは冷間圧延鋼板等の磁性体製であり、カラー１０５ｃは黄銅等の金属製である。また、従動側マグネット部材１０５（従動側プレート１０５ｂ）は、従動軸１５に形成された二面幅（図示せず）によって回り止めされた状態で、ナット１５ｄにより従動軸１５に固定されている。
一方、隔壁部材９を挟んで従動側マグネット部材１０５と所定の間隔（以下、この間隔を磁気ギャップδ１と呼ぶ。）を隔てる位置には、従動側マグネット部材１０５と同様な構造を有する原動側マグネット部材１０６がモータシャフト５１に固定されており、この原動側マグネット部材１０６では、原動側プレート１０６ｂの内周壁と第２永久磁石１０６ａの外周壁との間に、隙間δ３が形成されている。
【００２３】
なお、原動側マグネット部材１０６は、第２永久磁石１０６ａ、原動側プレート１０６ｂおよび原動側プレート１０６ｂに接触する環状（円筒状）の原動側カラー１０６ｃとを有して構成されているとともに、モータシャフト５１に形成された二面幅（図示せず）により回り止めされた状態で、ナット（締結部材）５１ａによりモータシャフト５１に固定されている。
【００２４】
ところで、５３はモータシャフト（回転軸）５１を回転可能に支持する転がり軸受であり、この転がり軸受（以下、この転がり軸受を原動側軸受と呼ぶ。）５３は、ヨークハウジング５２に挿入固定されている。そして、原動側カラー１０６ｃは、原動側軸受５３の内輪５３ａおよび原動側プレート１０６ｂに接触しているので、原動側マグネット部材１０６（原動側プレート１０６ｂ）は、原動側軸受５３（内輪５３ａ）を介してヨークハウジング５２を基準として位置決めされることとなる。
【００２５】
なお、５４はモータ５を冷却するためのファンであり、このファン５４はリベット５４ａにて原動側プレート１０６ｂに固定されている。
次に、原動側マグネット部材１０６の組み付け方法について述べる。
原動側プレート１０６ｂには、図７に示すように、中央にモータシャフト５１との回り止めを行う挿入穴１０６ｄ、および挿入穴１０６ｄの近傍に固定溝１０６ｅが形成されている。そして、第２永久磁石１０６ａを、挿入穴１０６ｄおよび固定溝１０６ｅを被覆しないように原動側プレート１０６ｂに接着する（接着工程）。
【００２６】
次に、モータシャフト５１に原動側カラー１０６ｃを装着した状態で（カラー装着工程）、モータシャフト５１に原動側マグネット部材１０６（原動側プレート１０６ｂ）を挿入する（マグネット挿入工程）。
そして、固定溝１０６ｅに回止治具２００のピン部２０１を挿入して回止治具２００を原動側マグネット部材１０６（原動側プレート１０６ｂ）に装着固定する（治具装着工程）。
【００２７】
最後に、回止治具２００により原動側側マグネット部材１０６（原動側プレート１０６ｂ）が回転しないようにした状態で、ナット（締結部材）５１ａをモータシャフト５１にソケットレンチ２０３により固定（締結）する（締結工程）。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
断面コの字状の磁性材料からなる両プレート１０５ｂ、１０６ｂを用いるとともに、両プレート１０５ｂ、１０６ｂの内周壁と第１、２永久磁石１０５ａ、１０６ａの外周壁との間に隙間δ2 、δ3 が形成されているので、図９に示されるような磁気回路が両マグネット部材１０５、１０６間に構成され、磁気継手１０のコスト高を抑制しつつ伝達可能な回転力を向上させることができる。
【００２８】
また、隙間δ2 、δ3 を形成することで、第１、２永久磁石１０５ａ、１０６ａの外周面を研削加工することなく、両プレート１０５ｂ、１０６ｂに装着することができ、磁気継手１０のコスト高をさらに抑制することができる。
また、本実施形態では、回止治具２００により原動側側マグネット部材１０６（原動側プレート１０６ｂ）が回転しないようにした状態で、ナット５１ａを締結するので、例えば図１０に示すように、原動側プレート１０６ｂの外周を挟みながらナット５１ａを締結する方法に比べて、ナット５１ａの締結時における、原動側プレート１０６ｂおよび第２永久磁石１０６ａの歪みを小さくすることができる。したがって、原動側プレート１０６ｂ、第２永久磁石１０６ａ間の接着はがれを防止することができるので、より品質の向上した磁気継手１０を提供することができる。
【００２９】
ところで、本発明に係る磁気継手の用途は、バッテリ冷却用送風機に限定されるものではなく、例えばウォータポンプのインペラーに電動モータの回転力を伝達する場合等その他に対しても適用することができる。
また、隙間δ2 、δ3 には、図１１に示すように、両マグネット１０５ｂ、１０６ｂおよび両プレート１０５ａ、１０６ａの回転バランスを調整する、パテなどのバランス調整部材３００を設けてもよい。
【００３０】
これにより、簡単に調芯をすることができるので、遠心力でバランス調整部材３００が離脱することを防止でき、磁気継手１０の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るバッテリ冷却用送風機が配設されたバッテリ装置の模式図である。
【図２】バッテリ装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。
【図３】バッテリ装置の詳細図である。
【図４】モータおよび切換ドアの制御系の模式図である。
【図５】磁気継手の断面図である。
【図６】磁気継手の分解断面図である。
【図７】磁気継手の分解断面図である。
【図８】第１、２永久磁石の正面図である。
【図９】磁気回路を示す模式図である。
【図１０】マグネット部材を挟み込んだ状態を示す模式図である。
【図１１】マグネット部材にバランス調整部材を配設した状態を示す
【図１２】従来の技術に係るマグネット部材の断面図である。
【図１３】従来の技術に係るマグネット部材の断面図である。
【符号の説明】
５…電動モータ、５１…モータシャフト（回転軸、原動軸）、
５２…ヨークハウジング、１０１…延出部材、１０３…軸受保持部材、
１０４…従動側軸受、１０５…従動側マグネット部材、
１０６…原動側マグネット部材。

Claims (1)

1. 駆動手段（５）によって回転する原動軸（５１）と、
   前記原動軸（５１）とは独立に設けられる従動軸（１５）と、
   前記原動軸（５１）に固定され、コの字状断面形状を有する磁性材料からなる円板状の原動側プレート（１０６ｂ）と、
   前記従動軸（１５）に固定され、コの字状断面形状を有する磁性材料からなる円板状の従動側プレート（１０５ｂ）と、
   前記原動側プレート（１０６ｂ）のコの字状断面形状による凹部側に接着された円板状の原動側マグネット（１０６ａ）と、
   前記従動側プレート（１０５ｂ）のコの字状断面形状による凹部側に接着された円板状の従動側マグネット（１０５ａ）とを有し、
   前記原動側プレート（１０６ｂ）のコの字状断面形状による内周壁と、前記原動側マグネット（１０６ａ）の外周壁との間に原動側隙間（δ３）が形成され、
   前記従動側プレート（１０５ｂ）のコの字状断面形状による内周壁と、前記従動側マグネット（１０５ａ）の外周壁との間に従動側隙間（δ２）が形成され、
   前記原動側マグネット（１０６ａ）及び前記原動側プレート（１０６ｂ）からなる原動側マグネット部材（１０６）と、前記従動側マグネット（１０５ａ）及び前記従動側プレート（１０５ｂ）からなる従動側マグネット部材（１０５）とが所定間隔（δ１）を隔てて対向配設され、
   前記原動側マグネット部材（１０６）及び前記従動側マグネット部材（１０５）の磁力により前記原動軸（５１）の回転力を前記従動軸（１５）に伝達するようになっており、
   さらに、前記原動側隙間（δ３）には、前記原動側マグネット（１０６ａ）及び前記原動側プレート（１０６ｂ）の回転バランスを調整する原動側バランス調整部材（３００）が設けられ、
   前記従動側隙間（δ２）には、前記従動側マグネット（１０５ａ）及び前記従動側プレート（１０５ｂ）の回転バランスを調整する従動側バランス調整部材（３００）が設けられていることを特徴とする磁気継手。

Images