JP4709711B2 - 磁気式動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁力を介して複数の部材間で動力を伝達する磁気式動力伝達装置に関する。
従来、この種の磁気式動力伝達装置として、例えば特許文献1に記載されたものが知られており、この磁気式動力伝達装置は、複数の磁気歯車および装置本体を備えている。各磁気歯車は、磁性体で構成された円盤状の磁性盤と、この磁性盤の表面に接着剤を介して取り付けられた円環状の磁気歯リングと、磁性盤の中央部に圧入された回転軸を有しており、この回転軸は、装置本体に回転自在に支持されている。磁気歯リングは、永久磁石で構成された多数の磁気歯を平面的に円環状に並べて組み合わせたものであり、これらの磁気歯は、隣り合う各2つの磁気歯の極性が互いに異なるように配置されている。また、各磁気歯は、インボリュート曲線のような放射曲線状の形状を有している。
この磁気式動力伝達装置では、一対の磁気歯車が、磁気歯リング側の面で互いに対向し、磁気歯リング間に所定の間隙を有する状態で、両者の磁気歯リング表面の一部が互いにオーバーラップするように配置されており、このオーバーラップする部位間に磁力が作用することによって、トルクが一対の磁気歯車間で伝達される。このようにトルクが磁力を介して伝達されるので、機械的な接触によりトルクを伝達するものと比べると、潤滑構造が不要で、接触部分でのバックラッシュや粉塵が生じるおそれがないなどの利点を備えている。
特開2005−114162号公報
上記従来の磁気式動力伝達装置によれば、磁気歯リング同士のオーバーラップする部位に作用する磁力によって、一対の磁気歯車間でトルクが伝達されるので、トルク伝達に寄与する部分の、磁気歯リング表面の総面積に占める割合が小さく、磁路面積を効率的に確保できないことで、トルクの伝達効率が低く、伝達トルク容量が小さいという問題がある。これに加えて、磁気歯が作製に手間暇のかかる複雑な形状を有しているので、その分、製造コストが増大してしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、動力の伝達効率および伝達能力を向上させることができるとともに、製造コストも削減することができる磁気式動力伝達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、請求項1に係る磁気式動力伝達装置1,1B〜1Hは、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第1磁極(例えば実施形態における(以下、この項において同じ)永久磁石11c,12c,21c,22c,31c,32c,41c,42c,51c,52c)で構成されかつ隣り合う各2つの第1磁極が異なる極性を示す第1磁極列を有し、所定方向に沿って移動自在の第1可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、左右の外側ロータ21、左右の内側ロータ22、小径ロータ31、大径ロータ32、左ロータ41、右ロータ42、外側スライダ51、内側スライダ52)と、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第2磁極(永久磁石11c,12c,21c,22c,31c,32c,41c,42c,51c,52c)で構成されかつ隣り合う各2つの第2磁極が異なる極性を示すとともに第1磁極列に対向するように配置された第2磁極列を有し、所定方向に沿って第1可動部材に対して相対的に移動自在の第2可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、左右の外側ロータ21、左右の内側ロータ22、小径ロータ31、大径ロータ32、左ロータ41、右ロータ42、外側スライダ51、内側スライダ52)と、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第3磁極で構成されかつ隣り合う各2つの第3磁極(永久磁石11c,12c,21c,22c,31c,32c,41c,42c,51c,52c)が異なる極性を示す第3磁極列を有し、第1可動部材に対して相対的に連動することにより、所定方向に沿って移動する第3可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、左右の外側ロータ21、左右の内側ロータ22、小径ロータ31、大径ロータ32、左ロータ41、右ロータ42、外側スライダ51、内側スライダ52)と、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第4磁極(永久磁石11c,12c,21c,22c,31c,32c,41c,42c,51c,52c)で構成されかつ隣り合う各2つの第4磁極が異なる極性を示すとともに第3磁極列に対向するように配置された第4磁極列を有し、第2可動部材に対して相対的に連動することにより所定方向に沿って移動する第4可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、左右の外側ロータ21、左右の内側ロータ22、小径ロータ31、大径ロータ32、左ロータ41、右ロータ42、外側スライダ51、内側スライダ52)と、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第1軟磁性体(左軟磁性体13d,23d,33d,53dおよび外側軟磁性体43d、または、右軟磁性体13e,23e,33e,53eおよび内側軟磁性体43e)で構成されかつ第1磁極列と第2磁極列の間に配置された第1軟磁性体列を有し、所定方向に沿って第1可動部材および第2可動部材に対して相対的に移動自在に設けられた第5可動部材(中間ロータ13、左右の中間ロータ23、中径ロータ33、中間ロータ43、中間スライダ53)と、互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第2軟磁性体(右軟磁性体13e,23e,33e,53eおよび内側軟磁性体43e、または、左軟磁性体13d,23d,33d,53dおよび外側軟磁性体43d)で構成されかつ第3磁極列と第4磁極列の間に配置された第2軟磁性体列を有し、第5可動部材に対して相対的に連動することにより所定方向に沿って移動する第6可動部材(中間ロータ13、左右の中間ロータ23、中径ロータ33、中間ロータ43、中間スライダ53)と、を備え、各第1磁極および各第2磁極が互いに対向する第1対向位置にあるときには、各第3磁極および各第4磁極が互いに対向する第2対向位置に位置し、第1対向位置に位置する各第1磁極および各第2磁極が互いに異なる極性のときには、第2対向位置に位置する各第3磁極および各第4磁極が互いに同一極性を示し、第1対向位置に位置する各第1磁極および各第2磁極が互いに同一極性のときには、第2対向位置に位置する各第3磁極および各第4磁極が互いに異なる極性を示し、各第1磁極および各第2磁極が第1対向位置にある場合において、各第1軟磁性体が第1磁極および第2磁極の間に位置するときには、各第2軟磁性体が所定方向に隣り合う2組の第3磁極および第4磁極の間に位置するとともに、各第2軟磁性体が第3磁極および第4磁極の間に位置するときには、各第1軟磁性体が所定方向に隣り合う2組の第1磁極および第2磁極の間に位置するように構成されていることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、第2可動部材が第1可動部材に対して、第5可動部材が第1および第2可動部材に対して、所定方向に沿って相対的に移動可能にそれぞれ設けられ、第4可動部材が第3可動部材に対して、第6可動部材が第3および第4可動部材に対して、所定方向に沿って相対的に移動可能にそれぞれ設けられている。これに加えて、第3および第4可動部材はそれぞれ、第1および第2可動部材に対して相対的に連動するとともに、第6可動部材は第5可動部材に対して相対的に連動するので、第1〜第6可動部材のいずれか1つの可動部材が、第1〜第6可動部材以外の移動不能の所定部に固定されると、この固定された可動部材と連動する1つの可動部材も移動不能に固定された状態となる(なお、本明細書において、「所定方向に沿って移動する」とは、例えば「左右方向に沿って移動する」が左方および右方の双方向に移動することを意味するように、所定方向に沿い、その一方の方向とその逆方向の双方向に移動することを意味する。また、「第3可動部材が第1可動部材に対して相対的に連動する」とは、第1可動部材および第3可動部材が相互に連動する関係にあることを意味する)。
まず、第1可動部材を固定状態とし、動力を第2可動部材に入力することで、これを例えば所定方向に沿ってその一方の方向に移動させる場合について説明する。この場合、第1可動部材が固定状態となることで、これに連動する第3可動部材も固定状態となるとともに、第2可動部材に連動して第4可動部材も移動することになる。それらの移動開始前、第1対向位置にある各第1磁極および各第2磁極が互いに異なる極性を示している状態で、第1軟磁性体が第1磁極と第2磁極の間に位置しているときには、これらの第1磁極、第1軟磁性体および第2磁極の間に磁力線(以下「第1磁力線」という)が生じ、この第1磁力線は、その長さが最短となり、その総磁束量が最多の状態となる。
一方、第1軟磁性体が第1磁極と第2磁極の間に位置している状態では、第2対向位置に位置する各第3磁極および各第4磁極が互いに同一極性を示すとともに、各第2軟磁性体が、所定方向に隣り合う2組の第3磁極および第4磁極の間に位置するように構成されているので、第3磁極、第2軟磁性体および第4磁極の間に生じる磁力線(以下「第2磁力線」という)は、その曲がり度合が大きいとともに、長さがほぼ最長となり、総磁束量がほぼ最少となる(なお、本明細書において、「第1磁極と第2磁極が対向する位置にある」とは、両磁極の中心が所定方向に同じ位置にあることに限らず、両者の中心が若干ずれた位置関係にあることも含む)。
以上の状態から、動力によって第2可動部材が一方の方向に移動を開始すると、第1磁力線は、その曲がりが増大する状態となる。一般に、磁力線は、曲がった状態になると、その長さが短くなるように作用する磁力を発生させる特性を有しているので、上記のように第1磁力線が曲がった状態の場合、第1軟磁性体に作用する磁力は、第1磁力線の曲がり度合が大きいほど、より大きくなるとともに、総磁束量が多いほど、より大きくなる。すなわち、第1軟磁性体に作用する磁力は、第1磁力線の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって決まるという特性を有している。
したがって、第1軟磁性体が第1磁極と第2磁極の間から移動し始めると、第1磁力線の長さが短く、その総磁束量が多いとともに、第1磁力線が曲がり始める状態となるので、第1磁力線の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって、強い磁力が第1軟磁性体に作用する。それにより、第5可動部材が第2可動部材の移動方向と同じ方向に駆動される。一方、第2可動部材が以上のように移動を開始すると、第4可動部材が第2可動部材に連動して移動することで、各第4磁極は、同一極性の各第3磁極と対向する第2対向位置から離れ、この同一極性の各第3磁極に隣接する異なる極性の各第3磁極側に移動する。それに伴って、第3磁極、第2軟磁性体および第4磁極の間に、第2磁力線が生じ、この第2磁力線は、その曲がり度合が大きいものの、総磁束量が少ない状態となり、それらの相乗的な作用によって、比較的弱い磁力が第2可動部材に作用する。それにより、第6可動部材が第4可動部材の移動方向と同じ方向に駆動される。
そして、第2可動部材がさらに移動すると、第1磁力線の曲がり度合が増大するものの、総磁束量が減少し、それらの相乗的な作用によって、第1軟磁性体に作用する磁力が小さくなり、第5可動部材の駆動力が小さくなる。そして、各第1磁極が互いに同一極性の各第2磁極に対向する第1対向位置まで移動すると、第1軟磁性体が、所定方向に隣り合う2組の第1磁極および第2磁極の間に位置するようになることで、第1磁力線は、その曲がり度合が大きいものの、総磁束量がほぼ最少となり、それらの相乗的な作用によって、第1軟磁性体に作用する磁力がほぼ最弱状態となり、第5可動部材に作用する駆動力がほぼ最小状態となる。
一方、第2可動部材が以上のように移動すると、第4可動部材が第2可動部材に連動して移動することで、各第4磁極は、異なる極性の各第3磁極に近づくように移動する。それにより、第2磁力線は、その曲がり度合が小さくなるものの、総磁束量が増加し、それらの相乗的な作用によって、第2軟磁性体に作用する磁力が強くなり、第6可動部材の駆動力が増大する。そして、各第3磁極がこれと異なる極性の各第4磁極に対向する第2対向位置付近まで移動すると、第2磁力線の総磁束量が最も多くなるとともに、第2軟磁性体は第4磁極に対して若干移動遅れを伴う状態で追従することで、第2磁力線に曲がりが生じる。その結果、それらの相乗的な作用によって、第2軟磁性体に作用する磁力がほぼ最強状態となり、第6可動部材に作用する駆動力がほぼ最大状態となる。
このように、第5可動部材に作用する駆動力がほぼ最小状態でかつ第6可動部材に作用する駆動力がほぼ最大状態にある状態から、第2可動部材が一方の方向にさらに移動すると、以上とは逆に、第1磁力線は、その曲がり度合が小さくなると同時に総磁束量が増加し、それらの相乗的な作用によって、第1軟磁性体に作用する磁力が強くなり、第5可動部材の駆動力が増大する。一方、第2磁力線は、その曲がり度合が大きくなると同時に総磁束量が減少し、それらの相乗的な作用によって、第2軟磁性体に作用する磁力が弱くなり、第6可動部材の駆動力が低下する。
以上のように、第2可動部材の移動に伴い、第5可動部材に作用する駆動力と第6可動部材に作用する駆動力が、交互に強くなったり、弱くなったりする状態を繰り返しながら、第5および第6可動部材が駆動されるので、第2可動部材に入力された動力をこれらの第5および第6可動部材に伝達することができる。また、第4可動部材は、第2可動部材に対して相対的に連動するように設けられているので、動力を第4可動部材に入力した場合でも、その動力を以上のように第5および第6可動部材に伝達することができる。
さらに、第2可動部材の各第2磁極が、これと異なる極性の各第1磁極と対向する第1対向位置から、同一極性の各第1磁極と対向する第1対向位置まで移動する間、第1軟磁性体は、第1対向位置から所定方向に隣り合う2組の第1磁極および第2磁極の間の位置まで移動するように構成されているので、第5可動部材は第2可動部材よりも減速された状態で移動する。これと同様に、第4可動部材の各第4磁極が、異なる極性の各第3磁極と対向する第2対向位置から、これと隣り合う同一極性の各第3磁極と対向する第2対向位置まで移動する間、第2軟磁性体は、第2対向位置から所定方向に隣り合う2組の第3磁極および第4磁極の間の位置まで移動するように構成されているので、第6可動部材は第4可動部材よりも減速された状態で移動する。すなわち、第2可動部材または第4可動部材に入力された動力を、第5および第6可動部材に減速した状態で伝達することができる。
次に、以上とは逆に、第2可動部材を固定状態とし、動力を第1可動部材に入力する場合について説明する。この場合には、前述した理由により、第4可動部材も固定状態となるとともに、動力によって第1可動部材が駆動され、移動するのに連動して第3可動部材も移動することになる。そして、第1可動部材および第3可動部材の移動に伴い、前述したように、第5可動部材に作用する駆動力と第6可動部材に作用する駆動力が、交互に強くなったり、弱くなったりする状態を繰り返しながら、第5可動部材および第6可動部材が駆動される。その結果、第1可動部材に入力された動力を、第5可動部材および第6可動部材に伝達することができる。また、前述したように、第5可動部材が第1可動部材よりも減速されるとともに、第6可動部材も第3可動部材よりも減速されるので、第1可動部材または第3可動部材に入力された動力を、第5および第6可動部材に減速した状態で伝達することができる。
次いで、第5可動部材を固定状態とし、動力を第1可動部材に入力する場合について説明する。この場合には、前述した理由により、第6可動部材も固定状態となるとともに、第1可動部材の移動に連動して第3可動部材も移動することになる。第1可動部材の移動開始前、互いに同一極性の各第1磁極および各第2磁極が第1対向位置にあって、第1軟磁性体が隣り合う2組の第1磁極および第2磁極の間に位置しているときには、前述したように、第1磁力線は、その曲がり度合が大きいとともに、長さがほぼ最長となり、総磁束量がほぼ最少となる。
この状態から、第1可動部材が所定方向に沿ってその一方の方向に移動を開始すると、第1可動部材の第1磁極は、第1軟磁性体に近づくと同時に、第2可動部材の同一極性の第2磁極と隣り合う異なる極性の第2磁極に近づくように移動を開始し、それに伴って、第1磁力線は、その長さが短くなるように変化し、総磁束量が増加するとともに、その曲がり度合もかなり大きい状態となる。その結果、第1磁力線の総磁束量および曲がり度合の相乗的な作用によって、比較的強い磁力が第2磁極に作用し、それにより、第2可動部材が第1可動部材に近づくように駆動される。それに連動して第4可動部材も第3可動部材に近づくように駆動される。すなわち、第2可動部材が第1可動部材の移動方向と逆向きに駆動されると同時に、第4可動部材も第3可動部材の移動方向と逆向きに駆動される。
そして、第1磁極が第1軟磁性体にさらに近づくと、第1磁力線に起因する磁力によって、第2磁極も第1軟磁性体に近づくように移動し、第1磁極が第1軟磁性体に最も近づく位置まで移動すると、これを間にして異なる極性の第2磁極と対向する第1対向位置に位置する状態となる。この状態では、第2軟磁性体が隣り合う2組の第3磁極および第4磁極の間に位置することになる。
この状態から第1可動部材がさらに移動すると、第3可動部材の第3磁極は、第2軟磁性体に近づくと同時に、第4可動部材の同一極性の第4磁極と隣り合う異なる極性の第4磁極に近づくように移動し、それに伴って、第2磁力線は、その長さが短くなるように変化し、総磁束量が増加するとともに、その曲がり度合もかなり大きい状態となる。その結果、第2磁力線の総磁束量および曲がり度合の相乗的な作用によって、比較的強い磁力が第4磁極に作用し、それにより、第4可動部材が第3可動部材に近づくように駆動され、それに連動して第2可動部材も第1可動部材に近づくように駆動される。すなわち、第4可動部材が第3可動部材の移動方向と逆向きに駆動されると同時に、第2可動部材も第1可動部材の移動方向と逆向きに駆動される。
以上のように、第1可動部材および第3可動部材の移動に伴い、駆動力が第2可動部材および第4可動部材に交互に作用する状態を繰り返しながら、第2可動部材および第4可動部材がそれぞれ第1可動部材および第3可動部材の移動方向と逆向きに駆動されるので、第1可動部材に入力された動力をこれらの第2可動部材および第4可動部材に伝達することができる。また、第3可動部材は、第1可動部材に対して相対的に連動するように設けられているので、動力が第3可動部材に入力された場合でも、その動力を第2可動部材および第4可動部材に伝達することができる。さらに、第1可動部材の第1磁極が、これと異なる極性の第2磁極と対向する位置から、第1軟磁性体を間にして同一極性の第2磁極と対向する位置まで移動すると、第2可動部材の第2磁極も第1磁極と同じ距離を移動することになる。したがって、第1可動部材と第2可動部材は同じ速度で移動し、それに伴って、第3可動部材と第4可動部材も同じ速度で移動するので、第1可動部材に入力された動力を、等速度で第4可動部材に伝達することができる。
以上のように、この磁気式動力伝達装置によれば、第1〜第6可動部材のいずれか1つを固定し、これと連動しない他の1つに動力を入力した場合、例えば、第1可動部材を固定し、第2可動部材に動力を入力した場合、その動力を、磁力を介して第5可動部材および第6可動部材に伝達することができる。その際、第5可動部材の第1軟磁性体の全てと、第6可動部材の第2軟磁性体の全てと、これらの軟磁性体との間で磁力線を生じる第1〜第4可動部材の第1〜第4磁極とを用いながら、磁路を構成することができるので、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、動力の伝達効率および伝達能力を向上させることができる。
一方、第1〜第6可動部材がいずれも固定されていない状態で、動力を第5可動部材または第6可動部材に入力した場合にも、前述した磁力線の作用によって、動力を、第1軟磁性体を介して、第1可動部材の第1磁極および第2可動部材の第2磁極に伝達できるとともに、第2軟磁性体を介して、第3可動部材の第3磁極および第4可動部材の第4磁極に伝達できる。すなわち、第5可動部材または第6可動部材に入力された動力を、第1可動部材または第3可動部材側と、第2可動部材または第4可動部材側に分割して伝達することができる。その際にも、上述したように、第5可動部材の第1軟磁性体の全てと、第6可動部材の第2軟磁性体の全てと、これらの軟磁性体との間で磁力線を生じる第1〜第4可動部材の第1〜第4磁極とを用いながら、磁路を構成することができるので、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、動力の伝達効率および伝達能力を向上させることができる。
これに加えて、第1〜第6可動部材がいずれも固定されていない状態で、動力を第1可動部材および第2可動部材に入力した場合にも、前述した磁力線の作用によって、動力を、第1可動部材の第1磁極および第2可動部材の第2磁極を介して、第1軟磁性体に伝達できるとともに、第3可動部材の第3磁極および第4可動部材の第4磁極を介して、第2軟磁性体に伝達できる。すなわち、第1可動部材および第2可動部材にそれぞれ入力された動力の合力を、第5可動部材または第6可動部材に伝達することができる。その際にも、前述した理由により、動力の伝達効率および伝達能力を向上させることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の磁気式動力伝達装置1,1C〜1Hにおいて、第1可動部材および第3可動部材は一体の第7可動部材(外側ロータ11または内側ロータ12、小径ロータ31または大径ロータ32、左ロータ41または右ロータ42、外側スライダ51または内側スライダ52)として構成され、第2可動部材および第4可動部材は一体の第8可動部材(内側ロータ12または外側ロータ11、大径ロータ32または小径ロータ31、右ロータ42または左ロータ41、内側スライダ52または外側スライダ51)として構成され、第5可動部材および第6可動部材は一体の第9可動部材(中間ロータ13、中径ロータ33、中間ロータ43、中間スライダ53)として構成されていることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、3つの可動部材により、前述した作用効果を備えた装置を実現することができる。それにより、6つの可動部材を用いる場合と比べて、部品点数を削減でき、その分、製造コストを削減することができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の磁気式動力伝達装置1Hにおいて、第7〜第9可動部材は、互いに相対的に摺動可能な3つのスライダ(外側スライダ51、内側スライダ52、中間スライダ53)でそれぞれ構成されていることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、1つのスライダに入力された動力を、磁力を介して、残り2つのスライダの一方または双方に伝達することができ、それにより、直線的な動力伝達を行う磁気式動力伝達装置を実現することができる。
請求項4に係る発明は、請求項2に記載の磁気式動力伝達装置1,1C〜1Gにおいて、第7〜第9可動部材は、互いに相対的に回転可能な同心の3つのロータ(外側ロータ11、内側ロータ12、中間ロータ13、小径ロータ31、大径ロータ32、中径ロータ33、左ロータ41、右ロータ42、中間ロータ43)でそれぞれ構成され、複数の第1〜第4磁極および複数の第1〜第2軟磁性体は互いに同数に設定されていることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、1つのロータに入力されたトルクを、電磁力を介して、残り2つのロータの一方または双方に伝達することができ、それにより、トルク伝達を行う磁気式動力伝達装置を実現することができる。また、複数の第1〜第4磁極および複数の第1〜第2軟磁性体が互いに同数に設定されているので、これらの磁極および軟磁性体の対向面の全てを効率的に利用して磁路を構成できることで、磁力線の磁路面積をさらに効率よく確保することができる。その結果、トルクの伝達効率および伝達容量をさらに向上させることができる。
請求項5に係る発明は、請求項2ないし4のいずれかに記載の磁気式動力伝達装置1,1C〜1Hにおいて、第7〜第9可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、中間ロータ13、小径ロータ31、大径ロータ32、中径ロータ33、左ロータ41、右ロータ42、中間ロータ43、外側スライダ51、内側スライダ52、中間スライダ53)の1つが移動不能に構成されていることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、第7可動部材または第8可動部材が移動不能に構成されている場合には、前述したように、第8可動部材または第7可動部材に入力された動力を、減速した状態で第9可動部材に伝達することができるとともに、第9可動部材に入力された動力を、増速した状態で第8可動部材または第7可動部材に伝達することができる。また、第9可動部材が移動不能に構成されている場合には、前述したように、第8可動部材または第7可動部材に入力された動力を、これと逆向きの動力として第7可動部材または第8可動部材に伝達することができる。
請求項6に係る発明は、請求項2ないし5のいずれかに記載の磁気式動力伝達装置1C〜1Eにおいて、第7〜第9可動部材(外側ロータ11、内側ロータ12、中間ロータ13)間に作用する磁力を変更する磁力変更装置(アクチュエータ17、短絡部材18)をさらに備えることを特徴とする。
この磁気式動力伝達装置によれば、磁力変更装置によって第7〜第9可動部材間に作用する磁力が変更されるので、第7〜第9可動部材間での動力の伝達能力を変更することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る磁気式動力伝達装置について説明する。第1実施形態は、本願発明の磁気式動力伝達装置を車両の駆動系の差動装置に適用した例であり、図1は、本実施形態の磁気式動力伝達装置1およびこれを備えた車両2の駆動系の概略構成を示している。同図に示すように、この車両2は、エンジン3、自動変速機4、磁気式動力伝達装置1、左右の駆動軸5,5および左右の駆動輪6,6を備えている。
この車両2では、エンジン3のトルクは、自動変速機4で変速された後、磁気式動力伝達装置1および左右の駆動軸5,5を介して、左右の駆動輪6,6にそれぞれ伝達される。
自動変速機4は、エンジン3のクランクシャフト3aに連結されたトルクコンバータ4aと、トルクコンバータ4aの出力軸と一体の主軸4bと、これに平行な副軸4cと、これらの軸4b,4c上に設けられた複数のギヤ対(1部のみ図示)からなる複数のギヤ段を有するギヤ機構4dと、副軸4c上に設けられた出力ギヤ4eと、ギヤ機構4dのギヤ段を選択的に切り換えるためのクラッチ機構(図示せず)などを備えている。
この自動変速機4では、クラッチ機構により、ギヤ機構4dのギヤ段が図示しない制御装置からの変速指令に応じて選択的に切り換えられるとともに、エンジン3からトルクコンバータ4aを介して伝達されたトルクは、ギヤ機構4dのギヤ段に応じた回転速度に変速され、出力ギヤ4eを介して、磁気式動力伝達装置1に伝達される。
次に、磁気式動力伝達装置1について説明する。図2は、磁気式動力伝達装置1の主要部の概略構成を示しており、図3は、図2のA−A線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を平面的に展開した状態を示している。なお、この図3では、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。また、以下の説明では、図中の左側および右側をそれぞれ「左」および「右」という。
この磁気式動力伝達装置1は、図1および図2に示すように、ケーシング10、外側ロータ11、内側ロータ12および中間ロータ13などを備えている。このケーシング10は、円筒状の本体部10aと、これに一体に形成されたギヤ10bおよび軸部10c,10cなどを備えている。このギヤ10bは、本体部10aの外周面から外方に突出するように設けられており、自動変速機4の出力ギヤ4eと常時噛み合っている。それにより、自動変速機4の出力ギヤ4eが回転するのに伴って、ケーシング10も回転する。また、軸部10c,10cは、中空の円筒状で、本体部10aの左右側面から突出しており、2つの軸受14,14によって回転自在に支持されている。
一方、外側ロータ11は、回転軸11aと、この回転軸11a上に同心に設けられた左右一対の円盤部11b,11bなどを備えている。回転軸11aは、ケーシング10の軸部10cと同心でその内孔を貫通しており、左端部が駆動軸5に連結されている。また、右円盤部11bは回転軸11aの右端部に固定されており、左円盤部11bは、右円盤部11bとの間に所定の間隔を存する状態で、回転軸11aの所定部位に固定されている。
左右の円盤部11b,11bはそれぞれ、軟磁性体で構成され、互いの対向面の外周端部寄りの部位には、左右の永久磁石列が面対称に設けられている。左右の永久磁石列はそれぞれ、m個(mは整数)の永久磁石11cで構成されており、これらの永久磁石11cは、互いに対向する永久磁石11c,11c同士の磁極が同一極性を示すように配置された状態で、円盤部11bに取り付けられている。さらに、各永久磁石列では、m個の永久磁石11cは、隣り合う各2つの永久磁石11c,11cの磁極が互いに異なる極性を示すように、所定の等間隔で配置されている。
また、内側ロータ12は、外側ロータ11の回転軸11aと同心の回転軸12aと、この回転軸12aと同心かつ一体に形成された円筒状のケーシング部12bなどを備えている。回転軸12aの右端部は、駆動軸5に連結されている。さらに、ケーシング部12bの左端部には、外側ロータ11の2つの永久磁石列の中央に位置しかつこれらと対向するように、永久磁石列が設けられており、この永久磁石列は、m個の永久磁石12cで構成されている。
これらの永久磁石12cは、隣り合う各2つの永久磁石12c,12cの間で両者の左右両側の磁極が互いに異なる極性を示すように配置された状態で、ケーシング部12bに取り付けられている。また、m個の永久磁石12cは、外側ロータ11と内側ロータ12が所定の回転位置関係にあるときに、上記m個の永久磁石11cと面対称になるように設けられている。すなわち、永久磁石12cは、永久磁石11cと同数かつ同ピッチで、回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置されている。これに加えて、各永久磁石12cの両側面は、それらと対向する各永久磁石11cの端面とほぼ同じ面積および形状を有している。
なお、本実施形態では、外側ロータ11および内側ロータ12の一方が、第1、第3および第7可動部材に相当し、他方が第2、第4および第8可動部材に相当する。また、左右の永久磁石11cおよび永久磁石12cの一方が、第1および第3磁極に相当し、他方が第2および第4磁極に相当する。
さらに、中間ロータ13は、ケーシング10と一体に回転するものであり、回転軸11aに回転自在に嵌合する中空の円筒部13aと、円筒部13aの左端から径方向に延び、ケーシング10の内壁に連続する左壁部13bと、円筒部13aの右端部に一体に形成された右壁部13cなどを備えている。
左壁部13bの所定部位には、外側ロータ11の左永久磁石列と内側ロータ12の永久磁石列との間の中央に位置しかつこれらと対向するように、左軟磁性体列が設けられている。この左軟磁性体列は、m個の左軟磁性体(例えば鋼板の積層体)13dで構成されており、これらの左軟磁性体13dは、中間ロータ13が外側ロータ11または内側ロータ12に対して所定の回転位置関係にあるときに、前述した永久磁石11cまたは永久磁石12cと面対称の関係になるように、左壁部13bに取り付けられている。すなわち、左軟磁性体13dは、永久磁石11cおよび永久磁石12cと同数かつ同ピッチで、回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置されている。これに加えて、各左軟磁性体13dの両側面は、各永久磁石11cの端面および各永久磁石12cの両側面とほぼ同じ面積および形状を有している。
一方、右壁部13cの先端部には、外側ロータ11の右永久磁石列と内側ロータ12の永久磁石列との間の中央に位置しかつこれらに対向するように、右軟磁性体列が設けられている。この右軟磁性体列は、m個の右軟磁性体(例えば鋼板の積層体)13eで構成されており、これらの右軟磁性体13eは、左軟磁性体13dと同ピッチかつ回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置され、左軟磁性体13dに対して周方向に半ピッチ分ずれた状態で右壁部13bに取り付けられている(図3参照)。これに加えて、各右軟磁性体13eの両側面は、左軟磁性体13dの両側面と同様に、各永久磁石11cの端面および各永久磁石12cの両側面とほぼ同じ面積および形状を有している。
また、左軟磁性体13dの両側面と、左永久磁石11cの端面および永久磁石12cの左側面との間隔、ならびに、右軟磁性体13eの両側面と、右永久磁石11cの端面および永久磁石12cの右側面との間隔は、互いに同一に設定されている。
なお、本実施形態では、中間ロータ13が第5、第6および第9可動部材に相当し、左右の軟磁性体13d,13eの一方が第1軟磁性体に相当し、他方が第2軟磁性体に相当する。
さらに、以上のケーシング10および3つのロータ11〜13は、多数のラジアル軸受およびスラスト軸受(いずれも図示せず)によって、回転軸線方向および径方向の互いの位置関係がほとんど変化しないように支持されているとともに、同一の回転軸線の回りに互いに相対回転可能に構成されている。
次に、以上のように構成された磁気式動力伝達装置1の動作について説明する。なお、以下の説明では、3つのロータ11〜13の回転速度をそれぞれV1〜V3と表記するとともに、3つのロータ11〜13におけるトルクをそれぞれTRQ1〜TRQ3と表記する。最初に、図4および図5を参照しながら、外側ロータ11が回転不能に固定された状態(V1=0,TRQ1=0)で、トルクTRQ2が内側ロータ12に入力されることにより、内側ロータ12が所定方向(図4の下方に相当する方向)に回転する場合について説明する。
まず、内側ロータ12の回転開始前、その永久磁石12cの両側面が外側ロータ11の永久磁石11c,11cの端面と対向する対向位置にある場合、前述した構成により、互いに対向する2組の磁極は、1組が互いに異なる極性で、残りの1組が同一極性となる。例えば、図4(a)に示すように、左永久磁石11cの磁極と永久磁石12cの左側の磁極が互いに異なる極性の場合、これらの間に左軟磁性体13dが位置しているときには、右軟磁性体13eは、右側の対向位置にある1組の永久磁石11c,12cと、これと隣り合う1組の永久磁石11c,12cとの間の中央に位置している状態となる。
この状態では、左永久磁石11cの磁極、左軟磁性体13dおよび永久磁石12cの左側の磁極の間に、第1磁力線G1が発生するとともに、右永久磁石11cの磁極、右軟磁性体13eおよび永久磁石12cの右側の磁極の間には、第2磁力線G2が発生することによって、図6(a)に示すような磁気回路が構成される。
前述したように、磁力線は、曲がった状態になると、その長さが短くなるように作用する磁力を発生させる特性を有しているので、第1磁力線G1が曲がった状態の場合、左軟磁性体13dに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合が大きいほど、より大きくなるとともに、総磁束量が多いほど、より大きくなる。すなわち、左軟磁性体13dに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって決まる。これと同様に、第2磁力線G2が曲がった状態の場合にも、右軟磁性体13eに作用する磁力は、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって決まる。そのため、図4(a)および図6(b)に示す状態では、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用により、右軟磁性体13eには、これを両図の上方または下方に回転させるような磁力が発生しない。
そして、トルクTRQ2により内側ロータ12が図4(a)に示す位置から図4(b)に示す位置まで回転すると、内側ロータ12の回転に伴って、右永久磁石11cのN極、右軟磁性体13eおよび永久磁石12cの右側のS極の間、または、右永久磁石11cのS極、右軟磁性体13eおよび永久磁石12cの右側のN極の間に生じる第2磁力線G2は、その総磁束量が増加するとともに、左軟磁性体13dと永久磁石12cの左側の磁極との間の第1磁力線G1は、曲がった状態となる。それに伴い、第1磁力線G1および第2磁力線G2によって、図6(b)に示すような磁気回路が構成される。
この状態では、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって、かなり強い磁力が左軟磁性体13dに作用し、これを図4の下方に駆動するとともに、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって、比較的弱い磁力が右軟磁性体13eに作用し、これを図4の下方に駆動する。その結果、左軟磁性体13dに作用する磁力と、右軟磁性体13eに作用する磁力との合力によって、中間ロータ13が内側ロータ12と同じ方向に回転するように駆動される。
次いで、内側ロータ12が図4(b)に示す位置から図4(c),(d)および図5(a),(b)に示す位置に順に回転すると、左軟磁性体13dおよび右軟磁性体13eはそれぞれ、第1磁力線G1および第2磁力線G2に起因する磁力によって下方に駆動され、それにより、中間ロータ13が内側ロータ12と同じ方向に回転する。その間、左軟磁性体13dに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって徐々に弱くなり、一方、右軟磁性体13eに作用する磁力は、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用により徐々に強くなる。
そして、内側ロータ12が図5(b)に示す位置から図5(c)に示す位置に向かって回転する間、第2磁力線G2が曲がった状態となるとともに、その総磁束量が最多に近い状態になり、それらの相乗的な作用によって、最強の磁力が右軟磁性体13eに作用する。その後、内側ロータ12が図5(c)に示すように、内側ロータ12が永久磁石11cの1ピッチP分回転することにより、永久磁石12cが左右の永久磁石11c,11cと対向する位置まで移動すると、左永久磁石11cの磁極と永久磁石12cの左側の磁極が互いに同一極性となり、左軟磁性体13dが2組の永久磁石11c,12cの同一極性の磁極の間に位置するようになる。この状態では、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって、左軟磁性体13dには、これを図5の下方に回転させるような磁力が発生しない。一方、右永久磁石11cの磁極と永久磁石12cの右側の磁極は互いに異なる極性となる。
この状態から、内側ロータ12がさらに回転すると、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって生じる磁力により、左軟磁性体13dが下方に駆動されるとともに、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって生じる磁力によって、右軟磁性体13eが下方に駆動され、中間ロータ13が内側ロータ12と同じ方向に回転する。その際、内側ロータ12が図4(a)に示す位置まで回転する間、以上とは逆に、左軟磁性体13dに作用する磁力は、第1磁力線G1の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって強くなり、一方、右軟磁性体13eに作用する磁力は、第2磁力線G2の曲がり度合と総磁束量の相乗的な作用によって弱くなる。
以上のように、内側ロータ12の回転に伴い、左軟磁性体13dに作用する磁力と右軟磁性体13eに作用する磁力が、交互に強くなったり、弱くなったりする状態を繰り返しながら、中間ロータ13が駆動されるので、内側ロータ12に入力されたトルクTRQ2を中間ロータ13に伝達することができる。この場合、左軟磁性体13dおよび右軟磁性体13eを介して伝達されるトルクをTRQ3d,TRQ3eとすると、中間ロータ13に伝達されるトルクTRQ3と、これらのトルクTRQ3d,TRQ3eとの関係は、例えば概ね図7に示すものとなる。同図に示すように、2つのトルクTRQ3d,TRQ3eは、周期的な変化を繰り返すとともに、その和TRQ3d+TRQ3eが中間ロータ13に伝達されるトルクTRQ3と等しくなる。すなわち、TRQ3=TRQ3d+TRQ3eが成立する。
また、図4(a)と図5(c)を比較すると明らかなように、内側ロータ12が永久磁石11cの1ピッチP分回転するのに伴って、中間ロータ13はその半分(P/2)しか回転しないので、中間ロータ13は、内側ロータ12の回転速度の半分の値で回転するように駆動される。この関係は図8(a)に示すように表され、V3=0.5×(V2+V1)=0.5×V2が成立する。このように、中間ロータ13の回転速度V3が、内側ロータ12の回転速度V2の半分に減速されるので、中間ロータ13に伝達されるトルクTRQ3は、そのトルク容量内であれば、内側ロータ12のトルクTRQ2の2倍の値となる。すなわち、TRQ3=2×TRQ2が成立する。
なお、以上のような内側ロータ12の回転中、中間ロータ13は、第1磁力線G1および第2磁力線G2に起因する磁力によって、内側ロータ12に牽引されながら回転するので、内側ロータ12に対して若干位相遅れを伴う状態で回転する。したがって、内側ロータ12の回転中、内側ロータ12が図5(c)に示す位置にあるときには、左軟磁性体13dおよび右軟磁性体13eは、実際には図5(c)に示す位置よりもよりも若干、上方に位置する状態となるが、上記回転速度の理解の容易化のために、図5(c)では、右軟磁性体13eおよび左軟磁性体13dが図中の位置に示されている。
また、以上とは逆に、内側ロータ12を固定状態とし(V2=0,TRQ2=0)、トルクTRQ1を外側ロータ11に入力した場合には、外側ロータ11の回転に伴い、前述したように、左軟磁性体13dに作用する磁力と右軟磁性体13eに作用する磁力が、交互に強くなったり、弱くなったりする状態を繰り返しながら、中間ロータ13が駆動される。その結果、外側ロータ11に入力されたトルクTRQ1を、中間ロータ13に伝達することができる。
その際、上述した理由により、中間ロータ13は、外側ロータ11の回転速度の半分の値で回転するように駆動される。すなわち、V3=0.5×(V1+V2)=0.5×V1となる(図8(b)参照)。また、中間ロータ13の回転速度V3が、外側ロータ11の回転速度V1の半分に減速されるので、中間ロータ13に伝達されるトルクTRQ3は、そのトルク容量内であれば、外側ロータ11のトルクTRQ1の2倍の値となる。すなわち、TRQ3=2×TRQ1が成立する。
次に、図9を参照しながら、中間ロータ13を固定状態とし、トルクTRQ2を内側ロータ12に入力する場合について説明する。まず、内側ロータ12の回転開始前、3つのロータ11〜13が図9(a)に示す位置関係にあるものとする。この状態から、トルクTRQ2が入力され、内側ロータ12が図9(b)に示す位置まで回転すると、左軟磁性体13dと永久磁石12cの間の第1磁力線G1が曲がった状態になると同時に、永久磁石12cが右軟磁性体13eに近づくことで、右軟磁性体13eと永久磁石12cの右側の磁極の間の第2磁力線G2の長さが短くなり、総磁束量が増加する。その結果、前述した図6(b)に示すような磁気回路が構成される。
この状態では、左右の軟磁性体13d,13eと永久磁石12cの両側の磁極との間で、第1磁力線G1および第2磁力線G2の曲がり度合および総磁束量の相乗的な作用によって、磁力が発生するものの、内側ロータ12がトルクTRQ2によって駆動され、かつ左右の軟磁性体13d,13eが固定されているため、これらの磁力は影響を及ぼすことがない。また、左永久磁石11cの磁極と左軟磁性体13dの間の第1磁力線G1は、総磁束量が多いものの、真っ直ぐであることに起因して、左軟磁性体13dを駆動するような磁力は発生しない。一方、右軟磁性体13eと右永久磁石11cの磁極との間の第2磁力線G2は、その曲がり度合および総磁束量の相乗的な作用によって、右永久磁石11cを右軟磁性体13e側に牽引するような磁力を発生させ、それにより、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向(図9の上方)に駆動され、図9(c)に示す位置に向かって回転する。
そして、外側ロータ11が図9(b)に示す位置から図9(c)に示す位置に向かって回転する間、内側ロータ12は図9(d)に示す位置に向かって回転する。それに伴い、永久磁石12cが右軟磁性体13eにさらに近づき、永久磁石12cと右永久磁石11cとの間の第2磁力線G2は、その総磁束量が増加すると同時に曲がり度合が小さくなり、それらの相乗的な作用によって、右永久磁石11cを右軟磁性体13e側に牽引するような磁力が発生する。一方、左永久磁石11cの磁極と左軟磁性体13dとの間に曲がった状態の第1磁力線G1が生じ、その曲がり度合および総磁束量の相乗的な作用によって、左永久磁石11cを左軟磁性体13d側に牽引するような磁力が発生するものの、この第1磁力線G1に起因する磁力は、上記第2磁力線G2に起因する磁力よりもかなり弱い状態となる。その結果、両磁力の差分に相当する磁力により、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動される。
そして、内側ロータ12および外側ロータ11が図9(d)に示す位置関係になると、左軟磁性体13dと左永久磁石11cの磁極の間の第1磁力線G1に起因する磁力と、右軟磁性体13eと右永久磁石11cの磁極との間の第2磁力線G2に起因する磁力が釣り合うことで、外側ロータ11が一時的に駆動されない状態となる。
この状態から、内側ロータ12が図10(a)に示す位置まで回転すると、第1磁力線G1の発生状態が変化し、図10(b)に示すような磁気回路が構成される。それにより、第1磁力線G1に起因する磁力が、左永久磁石11cを左軟磁性体13d側に牽引するように作用しなくなるので、第2磁力線G2に起因する磁力によって、右永久磁石11cが右軟磁性体13e側に牽引され、それにより、図10(c)に示す位置まで、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動される。
そして、図10(c)に示す位置から内側ロータ12が同図の下方に若干、回転すると、以上とは逆に、左軟磁性体13dと左永久磁石11cの磁極との間の第1磁力線G1は、その曲がり度合および総磁束量の相乗的な作用によって、左永久磁石11cを左軟磁性体13d側に牽引するような磁力を発生させ、それにより、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動される。さらに、内側ロータ12が同図の下方に回転すると、第1磁力線G1に起因する磁力と、第2磁力線G2に起因する磁力との差分に相当する磁力により、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動される。その後、第2磁力線G2に起因する磁力が作用しなくなると、第1磁力線G1に起因する磁力のみによって、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動される。
このように、内側ロータ12の回転に伴い、左軟磁性体13dと左永久磁石11cの間の第1磁力線G1に起因する磁力と、右軟磁性体13eと右永久磁石11cの間の第2磁力線G2に起因する磁力と、これらの磁力の差分に相当する磁力とが、外側ロータ11に対して交互に作用し、それにより、外側ロータ11が内側ロータ12と逆方向に駆動されるので、内側ロータ12に入力されたトルクTRQ2を外側ロータ11に伝達することができる。この場合、外側ロータ11は、図8(c)に示すように、内側ロータ12と同じ速度で逆回転し、−V1=V2すなわち|V1|=|V2|となる。このように内側ロータ12が外側ロータ11と同じ回転速度で逆回転するので、内側ロータ12に入力されたトルクTRQ2が、磁気式動力伝達装置1のトルク容量の範囲内の値であれば、これがそのまま外側ロータ11に伝達されることになる。すなわち、TRQ2=TRQ1が成立する。
一方、中間ロータ13を固定状態とし、トルクTRQ1を外側ロータ11に入力した場合にも、以上と同様に、内側ロータ12は、外側ロータ11と同じ速度で逆回転するように駆動される。この場合、回転速度に関しては、V1=−V2となり、|V1|=|V2|が成立するとともに、トルクに関しては、TRQ1=TRQ2が成立する。
次に、3つのロータ11〜13がいずれも回転している場合について説明する。前述した図8(a)は、外側ロータ11を固定した場合の3つロータの回転速度V1〜V3の関係を示したものであるが、3つのロータ11〜13がいずれも回転している場合には、同図8(a)において外側ロータ11の回転速度V1≠0と設定すればよく、それらの回転速度V1〜V3の関係は、図8(d)に示すものとなる。この場合、V3=0.5×(V1+V2)が成立する。
本実施形態の磁気式動力伝達装置1は、差動装置として用いられているので、車両2の走行中は、3つのロータ11〜13がいずれも回転している状態となり、回転速度V1〜V3の関係は、図8(d)に示すものとなる。以上の図8(a)〜(d)を参照すると明らかなように、3つのロータ11〜13の回転速度V1〜V3は、遊星歯車装置における3つの部材の回転速度と同じような特性を示すので、この磁気式動力伝達装置1は、遊星歯車装置と同じ機能を有し、同じ動作を行うものと見なすことができる。
また、3つのロータ11〜13間でのトルクの関係は、TRQ1≠0,TRQ2≠0,TRQ3≠0のときには、TRQ1=TRQ2,TRQ3=TRQ1+TRQ2となる。すなわち、中間ロータ13に入力されたトルクTRQ3は、2分割されて外側ロータ11および内側ロータ12に配分される。なお、本実施形態の磁気式動力伝達装置1とは逆に、外側ロータ11および内側ロータ12の双方をトルクの入力側とし、中間ロータ13を出力側とした場合にも、TRQ3=TRQ1+TRQ2の関係が成立する。
以上のように、本実施形態の磁気式動力伝達装置1によれば、3つのロータ11〜13のいずれか1つに入力されたトルクが、磁力を介して残り2つのロータの双方または一方に伝達されるので、遊星歯車装置と同様のトルク伝達動作を磁力を介して実行することができる。したがって、遊星歯車装置と同様のトルク伝達動作を実行する装置において、潤滑構造が不要で、接触部分でのバックラッシュや粉塵が生じるおそれがないなどの、磁気式動力伝達装置に固有の利点を確保することができる。また、トルク伝達の際、左右の永久磁石11c,11c、左軟磁性体13d、永久磁石21cおよび右軟磁性体13eの全てを用いながら、磁路が構成されるので、磁路面積を効率的に確保できる。その結果、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、トルクの伝達効率および伝達トルク容量を向上させることができる。
これに加えて、左右の永久磁石列を備えた外側ロータ11、永久磁石列を備えた内側ロータ12、左右の軟磁性体列を備えた中間ロータ13という比較的、シンプルな構成によって、磁気式動力伝達装置1を実現することができるので、複雑な形状の磁気歯を備えた従来の磁気式動力伝達装置と比べて、製造コストを削減することができる。
なお、第1実施形態は、本願発明の磁気式動力伝達装置を車両の差動装置として適用した例であるが、本願発明の磁気式動力伝達装置はこれに限らず、様々な産業機器におけるトルク伝達系に適用可能であり、特に遊星歯車装置のような動作が要求されるトルク伝達系に適している。例えば、本願発明の磁気式動力伝達装置を、風力発電装置の動力伝達系に用いてもよい。
また、第1実施形態は、左右の永久磁石11c,11cと、永久磁石12cと、左右の軟磁性体13d,13eとを、互いに同数かつ同一ピッチに配置した例であるが、これらの部材の数および配置はこれに限らず、3つのロータ11〜13間でトルク伝達を適切に行うことができるように、第1磁力線G1および第2磁力線G2が発生するものであればよい。
例えば、永久磁石12cが、左右の永久磁石11c,11cの中心を結ぶ線上から若干ずれた位置関係にあるときに、左右の軟磁性体13d,13eの一方が永久磁石11c,12cの間に位置するとともに、左右の軟磁性体13d,13eの他方が、周方向に隣り合う各2つの永久磁石11c,12cの間に位置するように構成してもよい。また、永久磁石11c,11cと、永久磁石12cと、左右の軟磁性体13d,13eとを、同数かつほぼ等間隔に配置してもよい。
さらに、左右の軟磁性体13d,13eを互いに同数かつ同一ピッチに配置し、左右の永久磁石11c,11cおよび永久磁石12cの個数を同数かつ同一ピッチに配置するとともに、左右の軟磁性体13d,13eの個数を、左右の永久磁石11c,11cおよび永久磁石12cの数よりも小さい値に設定してもよい。
次に、図11を参照しながら、第2実施形態に係る磁気式動力伝達装置1Bについて説明する。この磁気式動力伝達装置1Bは、同図に示すように、第1実施形態の磁気式動力伝達装置1の3つのロータ11〜13を、左右2つに分割するとともに、それらをギヤ機構を介して連結した構成に相当するものであり、それ以外は第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様に構成されているので、以下、磁気式動力伝達装置1と異なる点についてのみ説明する。
この磁気式動力伝達装置1Bは、左右一対の外側ロータ21,21と、左右一対の内側ロータ22,22と、左右一対の中間ロータ23,23と、左右一対を1組として計2組の軸受24と、回転自在に設けられた3つのギヤ軸25〜27などを備えている。左右一対の外側ロータ21,21は、互いに対称に構成されているので、以下、左外側ロータ21を例にとって説明する。
左外側ロータ21は、回転軸21aと、この回転軸21aと同心かつ一体に設けられた円盤部21bおよびギヤ21dなどを備えている。回転軸21aは、一対の軸受24,24により回転自在に支持されている。円盤部21bは、軟磁性体で構成され、その右側面の外周端部寄りの部位には、永久磁石列が設けられている。
この永久磁石列は、m個の永久磁石21cで構成されており、これらの永久磁石21cは、図12に示すように、前述した永久磁石11cと同様に、所定の等間隔で配置され、隣り合う各2つの永久磁石21c,21cの間で両者の先端側の磁極が互いに異なる極性を示すように、円盤部21bに取り付けられている。また、ギヤ21dは、ギヤ軸25の後述する左ギヤ25aと常に噛み合っている。左外側ロータ21は、以上のように構成されている。
一方、右外側ロータ21は、そのギヤ21dがギヤ軸25の後述する右ギヤ25aと常に噛み合っているとともに、その状態で、永久磁石21cの磁極が、軸線方向に対応する左外側ロータ21の永久磁石21cの磁極と互いに同一極性を示すように配置されている。右外側ロータ21は、この点以外は左外側ロータ21と同様に構成されている。
さらに、ギヤ軸25は、一体に形成された左右一対のギヤ25a,25aを備えている。これらの左右のギヤ25a,25aはそれぞれ、前述したように、左右の外側ロータ21,21のギヤ21d,21dと常に噛み合っており、それにより、左右の外側ロータ21,21は、図12に示す位置関係を保持しながら、互いに同方向に同速度で回転するようになっている。
また、左右一対の内側ロータ22,22は、一部を除いて互いに同様に構成されており、まず、左内側ロータ22について説明する。この左内側ロータ22は、後述する中間ロータ23の回転軸23aに同心に嵌合する円筒状の回転軸22aと、この回転軸22aと一体の円盤部22bおよびギヤ22dなどを備えている。この円盤部22bは、軟磁性体で構成され、その左側面の外周端部寄りの部位には、左外側ロータ21の永久磁石列と対向するように、永久磁石列が設けられている。
この永久磁石列は、m個の永久磁石22cで構成されており、これらの永久磁石22cは、図12に示すように、前述した永久磁石12cと同様に、隣り合う各2つの永久磁石22c,22cの間で両者の左右両端の磁極が互いに異なる極性を示すように、円盤部22bに取り付けられている。また、永久磁石22cは、永久磁石21cと同数かつ同ピッチで、回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置されている。これに加えて、各永久磁石22cの両側面は、それらと対向する各永久磁石21cの端面とほぼ同じ面積および形状を有している。また、ギヤ22dは、ギヤ軸26の後述する左ギヤ26aと常に噛み合っている。左内側ロータ22は、以上のように構成されている。
一方、右内側ロータ22は、そのギヤ22dがギヤ軸26の後述する右ギヤ26aと常に噛み合っているとともに、その状態で、永久磁石22cの磁極が、軸線方向に対応する左内側ロータ22の永久磁石22cの磁極と互いに異なる極性を示すように配置されている。右内側ロータ22は、この点以外は左内側ロータ22と同様に構成されている。
さらに、ギヤ軸26は、一体に形成された左右一対のギヤ26a,26aを備えている。これらのギヤ26a,26aはそれぞれ、前述したように、左右の内側ロータ22,22のギヤ22a,22aと常に噛み合っており、それにより、左右の内側ロータ22,22は、図12に示す位置関係を保持しながら、互いに同方向に同速度で回転するようになっている。
なお、本実施形態では、左右の外側ロータ21,21および左右の内側ロータ22,22の一方が第1および第3可動部材に相当し、他方が第2および第4可動部材に相当する。また、左右の永久磁石21c,21cおよび左右の永久磁石22c,22cの一方が第1および第3磁極に相当し、他方が第2および第4磁極に相当する。
さらに、左右の中間ロータ23,23は、一部を除いて互いに同様に構成されており、まず、左中間ロータ23について説明する。この左中間ロータ23は、回転軸21aと同心に回転自在に嵌合する中空の円筒部23aと、円筒部23aに一体に形成された左壁部23bおよびギヤ23cなどを備えている。左壁部23bの先端部には、左外側ロータ21の左永久磁石列と左内側ロータ22の永久磁石列との間の中央に位置しかつこれらと対向するように、左軟磁性体列が設けられている。
この左軟磁性体列は、m個の左軟磁性体23dで構成されており、これらの左軟磁性体23dは、永久磁石21cおよび永久磁石22cと同数かつ同ピッチで、回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置されている。これに加えて、各左軟磁性体23dの両側面は、各永久磁石21cおよび各永久磁石22cの端面とほぼ同じ面積および形状を有している。また、ギヤ23cは、ギヤ軸27の後述する左ギヤ27aと常に噛み合っている。
一方、右中間ロータ23は、m個の右軟磁性体23eで構成された右軟磁性体列を有しており、これらの右軟磁性体23eは、永久磁石21cおよび永久磁石22cと同数かつ同ピッチで、回転中心からのラジアル距離も同じになるように配置されている。これに加えて、各右軟磁性体23eの両側面は、対向する各永久磁石21cおよび各永久磁石22cの端面とほぼ同じ面積および形状を有している。
また、右中間ロータ23では、そのギヤ23cがギヤ軸27の後述する右ギヤ27aと常に噛み合っているとともに、その状態において、右軟磁性体23eが左軟磁性体23dに対して半ピッチ分、右中間ロータ23の回転方向にずれた状態となるように配置されている。右中間ロータ23は、以上の点を除けば、左中間ロータ23と同様に構成されている。
一方、左軟磁性体23dの左右両側面と、左外側ロータ21の永久磁石21cの端面および左内側ロータ22の永久磁石22cの端面との間隔、ならびに、右軟磁性体23eの左右両側面と、右外側ロータ21の永久磁石21cの端面および右内側ロータ22の永久磁石22cの端面との間隔は、互いに同一に設定されている。
なお、本実施形態では、左右の中間ロータ23の一方が第5可動部材に相当し、他方が第6可動部材に相当する。また、左右の軟磁性体23d,23eの一方が第1軟磁性体に相当し、他方が第2軟磁性体に相当する。
さらに、以上の6つのロータ21〜23は、多数のラジアル軸受およびスラスト軸受(いずれも図示せず)によって、回転軸線方向および径方向の位置関係がほとんど変化しないように支持されているとともに、同一の回転軸線の回りに互いに相対回転可能に構成されている。
以上のように構成された第2実施形態の磁気式動力伝達装置1Bによれば、第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、遊星歯車装置と同様の動力伝達動作を、磁力を介して実行することができる。さらに、磁路面積を効率的に確保でき、それにより、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、トルクの伝達効率および伝達トルク容量を向上させることができる。
なお、第2実施形態の磁気式動力伝達装置1Bは、第1〜第6可動部材としての6つのロータ21〜23をギヤ機構を介して連結した例であるが、本願発明の磁気式動力伝達装置はこれに限らず、第1可動部材と第3可動部材、第2可動部材と第4可動部材、ならび第5可動部材と第6可動部材が相対的に連動するように構成されていればよい。例えば、2つの可動部材を、プーリおよびベルトの組み合わせにより相対的に連動するように構成してもよい。
また、第2実施形態の磁気式動力伝達装置1Bは、左右の内側ロータ22における永久磁石22cの磁極の極性と、左右の中間ロータ23における左軟磁性体23dおよび右軟磁性体23eの配置以外は、左右対称に構成した例であるが、本願発明の磁気式動力伝達装置はこれに限らず、左右非対称に構成してもよい。例えば、外側ロータ21,21、内側ロータ22,22および中間ロータ23,23において、左右のロータを互いに異径に構成し、永久磁石21c、永久磁石22cおよび軟磁性体23d,23eの数およびピッチを左右のロータ間で互いに異なるように配置してもよい。
次に、本願発明の第3実施形態に係る磁気式動力伝達装置1Cについて説明する。図13および図14に示すように、この磁気式動力伝達装置1Cは、前述した第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と比較すると、外側ロータ11の一部の構成と2つのアクチュエータ17,17を備えている点が異なっており、それ以外は磁気式動力伝達装置1と同様に構成されているので、以下、異なる構成を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
両図に示すように、この磁気式動力伝達装置1Cは、外側ロータ11および左右のアクチュエータ17,17を備えている。この外側ロータ11は、回転軸11aと、この回転軸11aと同心の左右の円盤部11d,11dなどを備えている。左右の円盤部11d,11dはそれぞれ、スプライン嵌め合いによって回転軸11aに取り付けられており、それにより、回転軸11aに対して軸線方向に相対的に移動可能で、回転軸11aと一体に回転するように構成されている。
また、左右のアクチュエータ17,17(磁力変更装置)は互いに同様に構成されているので、以下、左アクチュエータ17を例にとって説明する。左アクチュエータ17は、本体部17aと、これに対して出没自在のロッド17bを備えており、ロッド17bの先端部が左円盤部11dに連結されている。このアクチュエータ17は、図示しない制御装置に電気的に接続されており、制御装置からの指令信号により、左円盤部11dを、図13に2点鎖線で示す伝達位置と同図に実線で示す遮断位置との間に駆動する。
一方、右アクチュエータ17も、左アクチュエータ17と同様に、図示しない制御装置に電気的に接続されており、制御装置からの指令信号により、右円盤部11dを、図13に2点鎖線で示す伝達位置と同図に実線で示す遮断位置との間に駆動する。
この磁気式動力伝達装置1Cでは、左右の円盤部11d,11dが伝達位置にある場合には、前述した第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様に、3つのロータ11〜13間でトルクが伝達される。例えば、トルクTRQ3が中間ロータ13に入力された場合、そのトルクTRQ3が外側ロータ11および内側ロータ12にそれぞれ伝達される。
その状態から、左右のアクチュエータ17,17によって、左右の円盤部11d,11dが伝達位置から遮断位置側に駆動されると、永久磁石12cと左右の円盤部11d,11dの永久磁石11c,11cとの間の磁気抵抗が増大し、総磁束量が減少する。それに伴い、3つのロータ11〜13間で伝達されるトルク容量が低下する。そして、左右の円盤部11d,11dが遮断位置まで駆動されると、総磁束量が極端に減少することで、3つのロータ11〜13間でトルクが全く伝達されない状態となる。
以上のように、第3実施形態の磁気式動力伝達装置1Cによれば、アクチュエータ17,17によって、左右の円盤部11d,11dを伝達位置と遮断位置の間で自在に駆動することができる。その場合、左右の円盤部11d,11dが伝達位置に保持されているときには、第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様の作用効果を得ることができる。また、左右の円盤部11d,11dを伝達位置から遮断位置に向かって駆動することにより、3つのロータ11〜13間での伝達トルク容量を自在に変更することができる。特に、左右の円盤部11d,11dを遮断位置に駆動した場合には、3つのロータ11〜13間でのトルク伝達を遮断することができる。
なお、3つのロータ11〜13間での伝達トルク容量を変更したり、伝達トルクを遮断する手法は、上記第3実施形態の手法に限らず、以下のような手法を用いてもよい。例えば、図15に示すような磁気式動力伝達装置1Dにおいて、アクチュエータ17(磁力変更装置)により左円盤部11dのみを伝達位置から遮断位置側に駆動するように構成してもよい。このようにすれば、3つのロータ11〜13間での伝達トルク容量を変更することができる。
さらに、図16に示すような磁気式動力伝達装置1Eにおいて、同図にハッチングで示すような短絡部材18と、これを駆動する図示しないアクチュエータとを設け、アクチュエータにより短絡部材18を、永久磁石11c,11c間と永久磁石12c,12c間に挿入することによって、磁気回路を短絡させるように構成してもよい。このようにすれば、3つのロータ11〜13間でのトルク伝達を遮断することができる。なお、この例では、短絡部材18およびアクチュエータが磁力変更装置に相当する。
次に、図17および図18を参照しながら、本願発明の第4実施形態に係る磁気式動力伝達装置1Fについて説明する。この磁気式動力伝達装置1Fは、両図に示すように、前述した第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様に、車両2の駆動系の差動装置として適用されたものであり、この車両2は、第1実施形態のものとほぼ同様に構成されているので、以下、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
この磁気式動力伝達装置1Fは、小径ロータ31、大径ロータ32および中径ロータ33を備えており、これらの3つのロータ31〜33は、多数のラジアル軸受およびスラスト軸受(いずれも図示せず)によって、回転軸線方向および径方向の互いの位置関係がほとんど変化しないように支持されているとともに、同一の回転軸線の回りに互いに相対回転可能に構成されている。
小径ロータ31は、駆動軸5に連結された回転軸31aと、その右端部に一体に形成された回転盤部31bなどを備えている。この回転盤部31bは、軟磁性体で構成され、断面が横倒しのH字状に形成されており、その外周面上には永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、m個の永久磁石31cで構成されており、これらの永久磁石31cは、後述するように配置されている。
また、大径ロータ32は、小径ロータ31の回転軸31aと同心で、駆動軸5に連結された回転軸32aと、この回転軸32aと同心で一体の円筒状のケーシング部32bなどを備えている。このケーシング部32bの先端部には、軟磁性体のリング32dが固定されており、このリング32dには、大径ロータ32の永久磁石列と対向するように、永久磁石列が設けられている。この永久磁石列は、m個の永久磁石32cで構成されており、これらの永久磁石32cは、後述するように配置されている。
なお、本実施形態では、小径ロータ31および大径ロータ32の一方が第1、第3および第7可動部材に相当し、他方が第2、第4および第8可動部材に相当する。また、左右の永久磁石31cおよび永久磁石32cの一方が第1および第3磁極に相当し、他方が第2および第4磁極に相当する。
一方、中径ロータ33は、回転軸31aに回転自在に嵌合する中空の円筒部33aと、これと一体に形成され、自動変速機4の出力ギヤ4eと常時噛み合うギヤ33bと、ギヤ33bの右側面から突出するリング状の突出部33cと、この突出部33cに設けられた左右の軟磁性体列などを備えている。左右の軟磁性体列はそれぞれ、m個の左右の軟磁性体33d,33eで構成されており、これらの左右の軟磁性体33d,33eは、以下に述べるように配置されている。
なお、本実施形態では、中径ロータ33が第5、第6および第9可動部材に相当し、左右の軟磁性体33d,33eの一方が第1軟磁性体に相当し、他方が第2軟磁性体に相当する。
図19は、図18のF−F線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開した図であり、同図19では、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。同図に示すように、永久磁石31c、永久磁石32c、左軟磁性体33dおよび右軟磁性体33eは、隣り合う各2つが互いに同じ所定角度で配置されており、永久磁石31cおよび永久磁石32cは、回転中心から径方向に延びる同一の直線上に位置するように設けられている。
また、左右の軟磁性体33d,33eは、半ピッチ分互いに周方向にずれるように設けられている。さらに、永久磁石31cは、隣り合う各2つにおける磁極が互いに異なる極性を示すように設けられ、永久磁石32cも、隣り合う各2つにおける磁極が互いに異なる極性を示すように設けられている。これに加えて、永久磁石31c、永久磁石32c、左軟磁性体33dおよび右軟磁性体33eは、互いの対向面がほぼ同じ面積および形状を有するように構成されている。
ここで、図19中の2つの永久磁石32c,32cと、2つのリング32d,32dは、実際には1つの部材であるので、同図19に示す構成は、図20に示す構成に相当するものと見なすことができる。この図20と前述した図3を比較すると明らかなように、永久磁石31c、左軟磁性体33d、永久磁石32c、右軟磁性体33eおよび永久磁石31cは、前述した左永久磁石11c、左軟磁性体13d、永久磁石12c、右軟磁性体13eおよび右永久磁石11cと同等の相対的な位置関係で配置されていることが判る。
したがって、この磁気式動力伝達装置1Fでは、小径ロータ31が前述した外側ロータ11に、大径ロータ32が内側ロータ12に、中径ロータ33が中間ロータ13にそれぞれ相当するものとなり、それにより、これらの3つのロータ31〜33によって、第1実施形態の3つのロータ11〜13と同様のトルク伝達動作を実行することができる。
以上のように、第4実施形態の磁気式動力伝達装置1Fによれば、前述した第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、遊星歯車装置と同様の動力伝達動作を、磁力を介して実行することができる。さらに、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、トルクの伝達効率および伝達トルク容量を向上させることができる。これに加えて、3つのロータ31〜33を径方向に並べて配置したことにより、3つのロータ11〜13を軸線方向に並べて配置した磁気式動力伝達装置1と比べて、軸線方向のサイズをコンパクトに構成することができる。
次に、図21および図22を参照しながら、本願発明の第5実施形態に係る磁気式動力伝達装置1Gについて説明する。この磁気式動力伝達装置1Gは、両図に示すように、第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様に、車両2の駆動系の差動装置として適用されたものである。この磁気式動力伝達装置1Gは、左ロータ41、右ロータ42および中間ロータ43を備えており、これらの3つのロータ41〜43は、多数のラジアル軸受およびスラスト軸受(いずれも図示せず)によって、回転軸線方向および径方向の互いの位置関係がほとんど変化しないように支持されているとともに、同一の回転軸線の回りに互いに相対回転可能に構成されている。
左ロータ41は、駆動軸5に連結された回転軸41aと、その右端部に一体に形成された回転盤部41bなどを備えている。この回転盤部41bは、軟磁性体で構成され、その右側面の外周部寄りの部位には、永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、m個の永久磁石41cで構成されており、これらの永久磁石41cは後述するように配置されている。
また、右ロータ42は、左ロータ41の回転軸41aと同心で、駆動軸5に連結された回転軸42aと、その左端部に一体に形成された回転盤部42bなどを備えている。この回転盤部42bは、軟磁性体で構成され、その右側面の外周部寄りの部位には、永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、m個の永久磁石42cで構成されており、これらの永久磁石42cは後述するように配置されている。
なお、本実施形態では、左右のロータ41,42の一方が第1、第3および第7可動部材に相当し、他方が第2、第4および第8可動部材に相当する。また、永久磁石41cおよび永久磁石42cの一方が第1および第3磁極に相当し、他方が第2および第4磁極に相当する。
一方、中間ロータ43は、円筒状のケーシング部43aと、その左右両側に一体に形成され、回転軸41a,42aに回転自在に嵌合する中空の軸部43b、43bと、ケーシング部43aと一体に形成され、自動変速機4の出力ギヤ4eと常時噛み合うギヤ43cと、ケーシング部43aの内壁面から突出するリング状の突出部43fと、この突出部43fに設けられた外側および内側軟磁性体列などを備えている。外側および内側軟磁性体列はそれぞれ、周方向に並んだm個の外側および内側軟磁性体43d,43eで構成されており、これらの外側および内側軟磁性体43d,43eは以下に述べるように配置されている。
なお、本実施形態では、中間ロータ43が第5、第6および第9可動部材に相当し、外側および内側軟磁性体43d,43eの一方が第1軟磁性体に相当し、他方が第2軟磁性体に相当する。
図23は、図22のG−G線およびG’−G’線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を平面的に展開した状態を示しており、同図では、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。同図に示すように、永久磁石41c、永久磁石42c、外側軟磁性体43dおよび内側軟磁性体43eは、隣り合う各2つが互いに同一ピッチで周方向に並ぶように配置されており、永久磁石41cおよび永久磁石42cは、互いに対向する位置に設けられている。
また、外側軟磁性体43dと内側軟磁性体43eは、互いに半ピッチずつ周方向にずれるように設けられている。さらに、永久磁石42cは、隣り合う各2つにおける磁極が互いに異なる極性を示すように設けられている。これに加えて、永久磁石41c、永久磁石42c、外側軟磁性体43dおよび内側軟磁性体43eは、互いの対向面がほぼ同じ面積および形状を有するように構成されている。
一方、図23中の2つの永久磁石41c,41cと、2つの回転盤部42b,42bは、実際には1つの部材であるので、同図23に示す構成は、図24に示す構成に相当するものと見なすことができる。この図24と前述した図3を比較すると明らかなように、永久磁石41c、外側軟磁性体43d、永久磁石42c、内側軟磁性体43eおよび永久磁石41cは、前述した左永久磁石11c、左軟磁性体13d、永久磁石12c、右軟磁性体13eおよび右永久磁石11cと同等の相対的な位置関係で配置されていることが判る。
したがって、この磁気式動力伝達装置1Gでは、左ロータ41が前述した外側ロータ11に、右ロータ42が内側ロータ12に、中間ロータ43が中間ロータ13にそれぞれ相当するものとなり、それにより、これらの3つのロータ41〜43によって、第1実施形態の3つのロータ11〜13と同様のトルク伝達動作を実行することができる。
以上のように、第5実施形態の磁気式動力伝達装置1Gによれば、前述した第1実施形態の磁気式動力伝達装置1と同様の作用効果を得ることができる。これに加えて、3つのロータ41〜43の軸線方向のサイズを、第1実施形態の3つのロータ11〜13よりもコンパクトにでき、それにより、装置全体の軸線方向のサイズをコンパクトに構成することができる。
次に、図25および図26を参照しながら、本願発明の第6実施形態に係る磁気式動力伝達装置1Hについて説明する。図26は、図25のH−H線に沿って破断した断面を示しており、同図では、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。この磁気式動力伝達装置1Hは、図25の手前または奥行き方向(以下「前後方向」という)に作用する動力を、同じ方向または逆方向に伝達するものであり、外側スライダ51、内側スライダ52および中間スライダ53を備えている。
外側スライダ51は、軟磁性体で構成され、前後方向に延びる平らな天壁部51aと、その両端から下方に延びる左右の側壁部51b,51bなどを備えている。側壁部51b,51bの内面には、左右の永久磁石列が前後方向に延びるように設けられている。左右の永久磁石列はそれぞれ、左右対称に配置された所定個数の左右の永久磁石51cで構成されている。これらの永久磁石51cは、図26に示すように、前後方向に所定間隔で並べられ、隣り合う2つの永久磁石51c,51cの両側の磁極が互いに異なる極性を示すように設けられている。
さらに、各側壁部51bの下端部には、複数のローラ51d(1つのみ図示)が取り付けられている。これらのローラ51dは、ガイドレール55内に収容されており、ガイドレール55は、床54上に載置され、前後方向に延びている。以上の構成により、動力が外側スライダ51に対して前後方向に作用すると、複数のローラ51dは、ガイドレール55に案内されながら転動し、それにより、外側スライダ51が前後方向に移動する。
また、内側スライダ52は、外側スライダの側壁部51b,51bに沿って前後方向に延びる本体部52aと、この本体部52aの下端部に取り付けられた複数のローラ52b(1つのみ図示)と、本体部52aの上端部に設けられた永久磁石列などを備えている。この永久磁石列は、所定個数の永久磁石52cで構成されている。これらの永久磁石52cは、永久磁石51cと同じ間隔で前後方向に並べられ、隣り合う2つの永久磁石52cの磁極が互いに異なる極性を示すように設けられている。
一方、ローラ52bは、ガイドレール56内に収容されており、ガイドレール56は、床54上に載置され、前後方向に延びている。以上の構成により、動力が内側スライダ52に対して前後方向に作用すると、複数のローラ52bは、ガイドレール56に案内されながら転動し、それにより、内側スライダ52が前後方向に移動する。
なお、本実施形態では、外側および内側スライダ51,52の一方が第1、第3および第7可動部材に相当し、他方が第2、第5および第8可動部材に相当する。また、左右の永久磁石51cおよび永久磁石52cの一方が第1および第3磁極に相当し、他方が第2および第5磁極に相当する。
一方、中間スライダ53は、前後方向に延びる平らな天壁部53aと、その両端から下方に延びる左右の側壁部53b,53bなどを備えている。各側壁部53bの下端部には、複数のローラ53c(1つのみ図示)が取り付けられており、これらのローラ53cは、ガイドレール57内に収容されている。このガイドレール57は、床54上に載置され、前後方向に延びている。以上の構成により、動力が中間スライダ53に対して前後方向に作用すると、複数のローラ53cは、ガイドレール57に案内されながら転動し、それにより、中間スライダ53が前後方向に移動する。
また、左側壁部の中央部には、左軟磁性体列が前後方向に延びるように設けられている。この左軟磁性体列は、所定個数の左軟磁性体53dで構成されており、これらの左軟磁性体53dは、図26に示すように、永久磁石51,52cと同じ間隔で前後方向に配置されている。さらに、右側壁部の中央部には、右軟磁性体列が前後方向に延びるように設けられている。この右軟磁性体列は、所定個数の右軟磁性体53eで構成されており、これらの右軟磁性体53eは、永久磁石51,52cと同じ間隔に並べられ、左軟磁性体53dに対して半ピッチ分、前後方向にずれた状態で配置されている。
なお、本実施形態では、中間スライダ53が第5、第6および第9可動部材に相当し、左右の軟磁性体53d,53eの一方が第1軟磁性体に相当し、他方が第2軟磁性体に相当する。
また、この磁気式動力伝達装置1Hでは、外側スライダ51、内側スライダ52および中間スライダ53のうちのいずれかに動力が伝達される場合、その動力が伝達される側のスライダにおける、左右の永久磁石51c,51c、左右の軟磁性体53d,53eまたは永久磁石52cのいずれかの個数は、それ以外のものよりも少ない値に設定されている。
第6実施形態の磁気式動力伝達装置1Hは、以上のように構成されており、図26と前述した図3を比較すると明らかなように、永久磁石51c、左軟磁性体53d、永久磁石52c、右軟磁性体53eおよび永久磁石51cは、前述した永久磁石11c、左軟磁性体13d、永久磁石12c、右軟磁性体13eおよび永久磁石11cと同等の相対的な位置関係で配置されていることが判る。
したがって、この磁気式動力伝達装置1Hでは、永久磁石51c、左軟磁性体53d、永久磁石52c、右軟磁性体53eおよび永久磁石51cの間に生じる磁力線によって、前後方向に作用する動力を3つのスライダ51〜53の間で伝達することができる。例えば、外側スライダ51を固定し、動力を内側スライダ52に入力した場合には、中間スライダ53を、内側スライダ52の半分の速度で同じ方向に駆動することができるとともに、内側スライダ52の入力値の2倍の動力を、中間スライダ53に伝達することができる。
以上のように、第6実施形態の磁気式動力伝達装置1Hによれば、3つのスライダ51〜53のいずれか1つに入力された動力を、磁力を介してそれ以外の2つのスライダの双方または一方に直線的に作用する動力として伝達することができる。その際、動力が伝達される側のスライダにおける、左右の永久磁石51c,51c、左右の軟磁性体53d,53eまたは永久磁石52cのいずれかをすべて用いながら、磁気回路が構成されるので、磁路面積を効率的に確保できる。それにより、磁力を介して動力伝達を行う場合の利点を維持しながら、一部の磁極のみを用いて磁路を構成する従来の磁気式動力伝達装置と比べて、動力の伝達効率および伝達能力を向上させることができる。
これに加えて、左右の永久磁石列を備えた外側スライダ51、永久磁石列を備えた内側スライダ52、左右の軟磁性体列を備えた中間スライダ53という比較的、シンプルな構成によって、磁気式動力伝達装置1Hを実現することができる。
なお、以上の各実施形態の磁気式動力伝達装置はいずれも、磁極として永久磁石を用いた例であるが、本願発明の磁気式動力伝達装置はこれに限らず、磁極として電磁石を用いてもよい。
本願発明の第1実施形態に係る磁気式動力伝達装置およびこれを適用した車両の駆動系の概略構成を示すスケルトン図である。 磁気式動力伝達装置の主要部の概略構成を示すスケルトン図である。 図2のA−A線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を示す展開図である。 外側ロータを固定状態とし、トルクを内側ロータに入力したときの磁気式動力伝達装置の動作を説明するための図である。 図4の続きの動作を説明するための図である。 磁気式動力伝達装置の動作中に構成される磁気回路を示す図である。 磁気式動力伝達装置の動作中に中間ロータに伝達されるトルクを示す図である。 (a)外側ロータを固定状態とし、トルクを内側ロータに入力した場合と、(b)内側ロータを固定状態とし、トルクを外側ロータに入力した場合と、(c)中間ロータを固定状態とし、トルクを内側ロータに入力した場合と、(d)全ロータが回転状態にある場合における3つのロータの回転速度を表す速度線図である。 中間ロータを固定状態とし、トルクを内側ロータに入力したときの磁気式動力伝達装置の動作を説明するための図である。 図9の続きの動作を説明するための図である。 第2実施形態に係る磁気式動力伝達装置の概略構成を示すスケルトン図である。 図11のB−B線およびB’−B’線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を示す展開図である。 第3実施形態に係る磁気式動力伝達装置の概略構成を示すスケルトン図である。 図13のC−C線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を示す展開図である。 磁気式動力伝達装置の変形例の概略構成を示すスケルトン図である。 磁気式動力伝達装置の他の変形例の概略構成を示す図である。 第4実施形態に係る磁気式動力伝達装置およびこれを適用した車両の駆動系の概略構成を示すスケルトン図である。 第4実施形態の磁気式動力伝達装置の主要部の概略構成を示すスケルトン図である。 図18のF−F線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開した図である。 図19の展開図の構成と機能的に同じ構成を示す図である。 第5実施形態に係る磁気式動力伝達装置およびこれを適用した車両の駆動系の概略構成を示すスケルトン図である。 第5実施形態の磁気式動力伝達装置の主要部の概略構成を示すスケルトン図である。 図21のG−G線およびG’−G’線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を示す展開図である。 図23の展開図の構成と機能的に同じ構成を示す図である。 第6実施形態に係る磁気式動力伝達装置の概略構成を示すスケルトン図である。 図23のH−H線に沿う断面の一部を示す断面図である。
符号の説明
1 磁気式動力伝達装置
1B〜1C 磁気式動力伝達装置
11 外側ロータ(第1、第3および第7可動部材、または第2、第4および第8
可動部材)
11c 左右の永久磁石(第1および第3磁極、または第2および第4磁極)
12 内側ロータ(第2、第4および第8可動部材、または第1、第3および第7
可動部材)
12c 永久磁石(第2および第4磁極、または第1および第3磁極)
13 中間ロータ(第5、第6および第9可動部材)
13d 左軟磁性体(第1または第2軟磁性体)
13e 右軟磁性体(第2または第1軟磁性体)
17 アクチュエータ(磁力変更装置)
18 短絡部材(磁力変更装置)
21 左右の外側ロータ(第1および第3可動部材、または第2および第4可動部
材)
21c 左右の永久磁石(第1および第3磁極、または第2および第4磁極)
22 左右の内側ロータ(第2および第4可動部材、または第1および第3可動部
材)
22c 左右の永久磁石(第2および第4磁極、または第1および第3磁極)
23 左右の中間ロータ23(第5および第6可動部材)
23d 左軟磁性体(第1または第2軟磁性体)
23e 右軟磁性体(第2または第1軟磁性体)
31 小径ロータ(第1、第3および第7可動部材、または第2、第4および第8
可動部材)
31c 左右の永久磁石(第1および第3磁極、または第2および第4磁極)
32 大径ロータ(第2、第4および第8可動部材、または第1、第3および第7
可動部材)
32c 永久磁石(第2および第4磁極、または第1および第3磁極)
33 中径ロータ(第5、第6および第9可動部材)
33d 左軟磁性体(第1または第2軟磁性体)
33e 右軟磁性体(第2または第1軟磁性体)
41 左ロータ(第1、第3および第7可動部材、または第2、第4および第8可
動部材)
41c 永久磁石(第1および第3磁極、または第2および第4磁極)
42 右ロータ(第2、第4および第8可動部材、または第1、第3および第7可
動部材)
42c 永久磁石(第2および第4磁極、または第1および第3磁極)
43 中間ロータ(第5、第6および第9可動部材)
43d 外側軟磁性体(第1または第2軟磁性体)
43e 内側軟磁性体(第2または第1軟磁性体)
51 外側スライダ(第1、第3および第7可動部材、または第2、第4および第
8可動部材)
51c 左右の永久磁石(第1および第3磁極、または第2および第4磁極)
52 内側スライダ(第2、第4および第8可動部材、または第1、第3および第
7可動部材)
52c 永久磁石(第2および第4磁極、または第1および第3磁極)
53 中間スライダ(第5、第6および第9可動部材)
53d 左軟磁性体(第1または第2軟磁性体)
53e 右軟磁性体(第2または第1軟磁性体)

Claims (6)

  1. 互いにほぼ等間隔で所定方向に並んだ複数の第1磁極で構成されかつ隣り合う各2つの当該第1磁極が異なる極性を示す第1磁極列を有し、当該所定方向に沿って移動自在の第1可動部材と、
    互いにほぼ等間隔で前記所定方向に並んだ複数の第2磁極で構成されかつ隣り合う各2つの当該第2磁極が異なる極性を示すとともに前記第1磁極列に対向するように配置された第2磁極列を有し、前記所定方向に沿って前記第1可動部材に対して相対的に移動自在の第2可動部材と、
    互いにほぼ等間隔で前記所定方向に並んだ複数の第3磁極で構成されかつ隣り合う各2つの当該第3磁極が異なる極性を示す第3磁極列を有し、前記第1可動部材に対して相対的に連動することにより、前記所定方向に沿って移動する第3可動部材と、
    互いにほぼ等間隔で前記所定方向に並んだ複数の第4磁極で構成されかつ隣り合う各2つの当該第4磁極が異なる極性を示すとともに前記第3磁極列に対向するように配置された第4磁極列を有し、前記第2可動部材に対して相対的に連動することにより前記所定方向に沿って移動する第4可動部材と、
    互いにほぼ等間隔で前記所定方向に並んだ複数の第1軟磁性体で構成されかつ前記第1磁極列と前記第2磁極列の間に配置された第1軟磁性体列を有し、前記所定方向に沿って前記第1可動部材および前記第2可動部材に対して相対的に移動自在に設けられた第5可動部材と、
    互いにほぼ等間隔で前記所定方向に並んだ複数の第2軟磁性体で構成されかつ前記第3磁極列と前記第4磁極列の間に配置された第2軟磁性体列を有し、前記第5可動部材に対して相対的に連動することにより前記所定方向に沿って移動する第6可動部材と、
    を備え、
    前記各第1磁極および前記各第2磁極が互いに対向する第1対向位置にあるときには、前記各第3磁極および前記各第4磁極が互いに対向する第2対向位置に位置し、前記第1対向位置に位置する前記各第1磁極および前記各第2磁極が互いに異なる極性のときには、前記第2対向位置に位置する前記各第3磁極および前記各第4磁極が互いに同一極性を示し、前記第1対向位置に位置する前記各第1磁極および前記各第2磁極が互いに同一極性のときには、前記第2対向位置に位置する前記各第3磁極および前記各第4磁極が互いに異なる極性を示し、
    前記各第1磁極および前記各第2磁極が前記第1対向位置にある場合において、前記各第1軟磁性体が前記第1磁極および前記第2磁極の間に位置するときには、前記各第2軟磁性体が前記所定方向に隣り合う2組の前記第3磁極および前記第4磁極の間に位置するとともに、前記各第2軟磁性体が前記第3磁極および前記第4磁極の間に位置するときには、前記各第1軟磁性体が前記所定方向に隣り合う2組の前記第1磁極および前記第2磁極の間に位置するように構成されていることを特徴とする磁気式動力伝達装置。
  2. 前記第1可動部材および前記第3可動部材は一体の第7可動部材として構成され、前記第2可動部材および前記第4可動部材は一体の第8可動部材として構成され、前記第5可動部材および前記第6可動部材は一体の第9可動部材として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気式動力伝達装置。
  3. 前記第7〜第9可動部材は、互いに相対的に摺動可能な3つのスライダでそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項2に記載の磁気式動力伝達装置。
  4. 前記第7〜第9可動部材は、互いに相対的に回転可能な同心の3つのロータでそれぞれ構成され、前記複数の第1〜第4磁極および前記複数の第1〜第2軟磁性体は互いに同数に設定されていることを特徴とする請求項2に記載の磁気式動力伝達装置。
  5. 前記第7〜第9可動部材の1つが移動不能に構成されていることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の磁気式動力伝達装置。
  6. 前記第7〜第9可動部材間に作用する磁力を変更する磁力変更装置をさらに備えることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の磁気式動力伝達装置。
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