JP4759489B2 - 非接触動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源から供給された動力を一方の回転体を入力側他方の回転体を出力側として同一軸線上に設けられる第１の回転軸と第２の回転軸間で非接触で動力伝達される非接触動力伝達装置に関する。

産業用ロボットや一般産業機械などの駆動伝達系には様々な減速機やトルクリミッターなどが用いられている。例えば、ウォーム減速機や波動歯車装置などさまざまな駆動伝達装置が存在する。とりわけ、機械的な接触がなく、騒音がなく、摩耗や発塵がなくメンテナンスを簡略化することができ、駆動側がモータ軸に連結してエネルギー伝達効率が良く、しかも過大トルクが作用しても磁気的な噛み合いが外れるためトルクリミッターとしても作用するなどの利点から、非接触方式の動力伝達装置が提案されている。

例えば、波動歯車装置と同様に同軸上に配置された入力軸の外周に径方向に着磁された永久磁石を設け、該永久磁石と対峙する極歯を設けたヨークを出力軸に設け、永久磁石とヨークの間に歯位相をずらせて極歯を設けた中間ヨークが固定されている（特許文献1参照）。
入力軸の永久磁石のＮ極から生じた磁束は中間ヨークの極歯を通じて位相のずれた出力軸のヨークの極歯に作用して当該ヨークの周方向に沿って通過し、ヨークの対向する極歯から中間ヨークの極歯を通じて永久磁石のＳ極へ戻るという磁気回路が形成される。このように中間ヨークの極歯に形成される磁極に出力軸のヨークの極歯が引き寄せられて、入力軸の回転が非接触で減速して出力軸に伝達される。

また、磁性盤の周面に放射状の磁気歯（永久磁石）がＮ極とＳ極が交互に設けられた駆動側（小径側）及び従動側（大径側）の磁気歯車どうしを対向配置し、磁気歯の吸引反発により駆動側から従動側へ非接触で動力伝達する磁気歯車装置が提案されている（特許文献２参照）。

或いは、駆動側と従動側の各歯車の歯面に磁石を着設しておき、磁気的噛み合い（磁気的吸引反発）によりトルク伝達する磁気歯車装置が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００３−９５０４号公報 特開２００５−１１４１６２号公報 特開平３−１０７６５８号公報

上述した特許文献１のように入力軸と出力軸を同軸状に設けて、内外の磁気歯車を磁気的吸引力で回転させる場合、減速比は大きくとれるが、磁気回路が複雑になってしまい大きなトルクは期待できない。
特許文献２、３に開示された磁気歯車装置は、回転トルクを発生するのに用いられている永久磁石は、歯車どうし或いは歯面どうしが対向している箇所のみであり、永久磁石の利用率が低く十分な回転トルクを得るために強力な磁石が必要になる。
また、減速比を大きくとるためには、駆動側（入力側）と従動側（出力側）の円周差が必要になるため、高速回転側の周長を短く（小径に）するか、低速回転側の周長を長く（大径に）する必要があり、装置が大型化する。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、第１、第２の回転体に外径差を必要以上に広げることなく大きな伝達比が取れ、対向する磁極部の磁力を効率よく利用して十分な回転トルクが得られる非接触動力伝達装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
第１の支持体に回転可能に軸支された第１の回転軸に連繋する偏芯軸に中心部を支持され、前記第１の支持体と第１の回転体との間に設けられた継手機構により前記第１の回転軸を中心に公転する前記第１の回転体と、第２の支持体に回転可能に軸支され、前記第１の回転軸と同一軸線上に設けられた第２の回転軸を中心に回転する第２の回転体が非接触で前記第１の回転軸と第２の回転軸の軸線方向に対向配置され、前記第１の回転体の対向面には第２の回転体の対向面より少ない数の磁石片が隣り合う磁極が異なるように交互に周方向に配設され、第１、第２の回転体の動力伝達比は第１、第２の回転体の磁極部の極数差／第２の回転体の極数で与えられており、前記継手機構は、前記第１の支持体に設けられる第１の継手板と前記第１の回転体に設けられる第２の継手板が重ね合わせて設けられ、前記第１の継手板と第２の継手板の対向面にＸ−Ｙ方向に互いに交差して形成された凹溝にボールが転動可能に挟み込まれており、前記第１の回転軸が回転すると前記第１の回転体の偏芯軸を中心とする自転運動が前記継手機構により規制されて前記第１の回転軸を中心とする公転運動のみが許容され、前記第１の回転体の公転運動に伴って、対向する重なり合う磁石片どうしの吸引反発力により前記第２の回転体へ非接触で動力伝達されることを特徴とする。
また、前記第１の回転軸の軸端にはバランサーが組み付けられており、該バランサーには前記偏芯軸の一端が嵌め込み固定されていることを特徴とする。

上述した非接触動力伝達装置を用いれば、第１の回転軸に連繋する偏芯軸に中心部を支持され第１の回転軸を中心に公転する第１の回転体と第２の回転軸を中心に回転する第２の回転体が非接触で対向配置され、該第１、第２の回転体の対向面に異なる極数の磁極部が各回転体の周方向に設けられ、一方の回転体を入力側他方の回転体を出力側として同一軸線上に設けられる第１の回転軸と第２の回転軸間で非接触で動力伝達される。これにより、磁極部どうしが重なり合う面積が広く取れ、対向する磁極部の磁力を効率よく利用して十分な回転トルクが得られ、小型で大きな伝達比が得られる。

以下、本発明に係る非接触動力伝達装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態における非接触動力伝達装置は、動力伝達方向に向かって減速又は増速のいずれにも適用可能であるが、以下では一例として非接触の減速装置について例示する。

先ず、非接触減速装置の概略構成について図３を参照して説明する。
図３において、第１の回転軸（入力軸）１と第２の回転軸（出力軸）２は同一軸線上に設けられる。第１の回転軸１が駆動源（例えばモータ）により回転駆動され、第２の回転軸２へ非接触で動力伝達するようになっている。

図１及び図２において、第１の回転軸１は第１の支持体３にベアリング４、５により回転可能に支持されている。第１の回転軸１の一端にはバランサー６が嵌め込まれている。このバランサー６には偏芯軸７の一端側が偏芯して嵌め込み固定されている。バランサー６は第１の回転軸１の回転バランスを保つために設けられる。偏芯軸７の他端側には第１の回転体８の中心部がベアリング８ａを介して一体に組み付けられている。第１の回転体８は後述する継手機構により偏芯軸７を中心に自転せず第１の回転軸１を中心に公転するようになっている。

第２の回転軸２は第２の支持体９にベアリング１０、１１により回転可能に支持されている。第２の回転軸２の一端には第２の回転体１２が嵌め込み固定されている、第２の回転体１２は第１の回転体８と非接触で対向配置されている。

図３において、第１、第２の回転体８、１２の対向面には各回転体の周方向に沿って磁石片１３、１４が各々設けられている。各磁石片１３、１４は隣り合う磁石片どうしが異極となるように交互に周方向に隣接して配設されている。磁石片１３、１４は円環状に限らず扇形など他の形状であっても良い。本実施例では、磁石片１３、１４は第１、第２の回転体８、１２の対向面に各々接着固定されている。

第１、第２の回転体８、１２に設けられる磁石片１３、１４の数は異なっている。減速比は第１、第２の回転体８、１２の磁石片の数（磁極数）差／第２の回転体１２の磁石片の数（磁極数）で与えられる。図４に磁極数差の一例を示す。図４Ａ、Ｂにおいて、入力側に相当する第１の回転体８の対向面に設けられる磁石片１３の数は２２である。また、出力側に相当する第２の回転体１２の対向面に設けられる磁石片１４の数は２４である。よって、減速比ｎ＝（２４−２２）／２４＝１／１２となる。即ち、第１の回転体８が１２回転すると第２の回転体１２が１回転するようになっている。

また、図３において、継手機構の一例を示す。継手機構１５は、第１の回転体８と第１の支持体３との間に設けられる。継手機構１５は、第１の支持体３の端面に沿って設けられる円環状の第１の継手板１６と第１の回転体８の側面（磁石片１３の接着面と反対面）に沿って設けられる円環状の第２の継手板１７を重ね合わせて構成される。第１、第２の継手板１６、１７の重ね合わさる対向面において、第１の継手板１６には周方向に複数箇所でＹ方向に凹溝１８が各々形成され、第２の継手板１７の対向面にも同様の凹溝１８（図示せず）が設けられている。また、第２の継手板１７の反対面には凹溝１８と直交するＸ方向の凹溝１９が周方向に複数箇所で各々形成されている。更に、第１の回転体８の対向面にも同様の凹溝１９が形成されている。第１の継手板１６と第１の回転体８の間に形成される互いに交差する凹溝１８、１９にボール２０（図２参照）が転動可能に挟み込まれている。第２の継手板１７は第１の継手板１６対してＹ方向にのみ移動し、第１の回転体８は第２の継手板１７に対してＸ方向のみに移動する。したがって、第１の回転軸１が回転すると第１の回転体８は偏芯軸７を中心とする自転運動が規制されて第１の回転軸１を中心とする公転運動のみが許容される。

次に、第１、第２の回転体８、１２の動力伝達動作の一例を図５乃至図７を参照して説明する。図４Ａ、Ｂと同様に第１、第２の回転体８、１２の磁石片１３、１４の数は２２個と２４個とし、減速比は１／１２とする。また、第１の回転体８の特定磁石片１３ａが３６０度回転する際の第２の回転体１２の特定磁石片１４ａがどれくらい回転するか動作状態を例示するものとする。以下では、小円は第１の回転体８、大円は第２の回転体１２を示す。小円の回転中心をＭ、第１の回転体８の中心（偏芯軸７）をＮとする。第１の回転体８は、Ｍ点を中心に線分ＭＮを半径とする円周上を公転し、Ｎ点を中心に第１の回転体８が自転することはない。

図５Ａの小円の磁石片１３ａの公転位置及び大円の磁石片１４ａの回転位置が互いに重なりあう状態を、Ｍ点を中心とする回転角で各々０度の位置とする。図５Ｂにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに３０度公転すると大円の磁石片１４ａは２．５度回転する。図５Ｃにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに６０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは５度回転する。図５Ｄにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに９０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは７．５度回転することになる。

図５Ｅにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに１２０度公転すると大円の磁石片１４ａは１０度まで回転する。図５Ｆにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに１５０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは１２．５度回転する。図６Ａにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに１８０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは１５度回転することになる。図６Ｂにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに２１０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは１７．５度回転することになる。

図６Ｃにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに２４０度公転すると大円の磁石片１４ａは２０度まで回転する。図６Ｄにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに２７０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは２２．５度回転する。図６Ｅにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに３００度まで公転すると大円の磁石片１４ａは２５度回転することになる。図６Ｆにおいて小円の磁石片１３ａがＭ点回りに３３０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは２７．５度回転することになる。

図７において、小円の磁石片１３ａがＭ点回りに３６０度まで公転すると大円の磁石片１４ａは３０度回転することになる。
以上より、第１の回転体８は公転運動を行い、対向する重なり合う磁石片１３と磁石片１４どうしの吸引反発力により第２の回転体１２へ非接触で動力伝達することがわかる。
尚、本実施の形態では、第１の回転体８は第２の回転体１２の外周縁よりはみ出ることがないように公転半径（線分ＭＮの長さ）が定められているが、第１、第２の回転体８、１２の大きさ、磁石片１３と磁石片１４の形状や大きさによっては、第１の回転体８の公転運動が、第２の回転体の外周縁よりはみ出る場合もあり得る。

以上の実施の態様では、減速装置を例示したが、動力伝達装置としては、第２の回転軸を入力側とし第１の回転軸を出力側として増速する場合にも適用することができる。また、第１の回転体８を自転させないための継手機構１５は、ピンと穴、ボールと穴を組み合わせて穴の内周面に沿ってピンやボールを転動させるようにしてもよい。

また、第１、第２の回転体８、１２は平板状の回転体どうしを非接触で対向配置したが、他の構成でもよい。例えば、図８Ａ、Ｂにおいて、同一軸線上に外径が異なる筒体よりなる第１の回転体２１と第２の回転体２２を備えており、第１の回転体２１を第２の回転体２２の開口部へ挿入して内外周面を非接触で対向配置するようにしても良い。第１、第２の回転体２１、２２の対向面（外周面と内周面）には、各回転体の周方向に沿って磁石片２３、２４（図示せず）が各々設けられている。各磁石片２３、２４（図示せず）は隣り合う磁石片どうしが異極となるように交互に周方向に隣接して配設されている。第１の回転軸１が回転すると第１の回転体２１は偏芯軸７を中心とする自転運動が図示しない継手機構により規制されて第１の回転軸１を中心とする公転運動のみが許容される。このように、第１の回転体２１を入力側、第２の回転体２２を出力側として同一軸線上に設けられる第１の回転軸１と第２の回転軸２間で非接触で動力伝達される。

以上のように、本発明に係る非接触動力伝達装置は、歯車を用いた動力伝達装置に比べて低騒音、摩耗がなくメンテナンスも容易であり、またトルクリミッターとしても機能し、減速・増速のいずれにも使用できるなどの利点がある。加えて永久磁石の磁力を効率よく利用して十分な回転トルクが得られ、小型で大きな伝達比が得られる。

非接触動力伝達装置の正面図である。 図１の軸方向断面図である。 非接触動力伝達装置の分解斜視図である。 第１、第２の回転体の磁極数及び減速比の説明図である。 第１の回転体の公転動作及び第２の回転体の回転動作の説明図である。 第１の回転体の公転動作及び第２の回転体の回転動作の説明図である。 第１の回転体の公転動作及び第２の回転体の回転動作の説明図である。 他例に係る非接触動力伝達装置の説明図、矢印Ｆ−Ｆ断面図及び第１回転体の斜視図である。

符号の説明

１ 第１の回転軸
２ 第２の回転軸
３ 第１の支持体
４、５、８ａ、１０、１１ ベアリング
６ バランサー
７ 偏芯軸
８、２１ 第１の回転体
９ 第２の支持体
１２、２２ 第２の回転体
１３、１４、２３、２４ 磁石片
１５ 継手機構
１６ 第１の継手板
１７ 第２の継手板
１８、１９ 凹溝
２０ ボール

Claims (2)

1. 第１の支持体に回転可能に軸支された第１の回転軸に連繋する偏芯軸に中心部を支持され、前記第１の支持体と第１の回転体との間に設けられた継手機構により前記第１の回転軸を中心に公転する前記第１の回転体と、第２の支持体に回転可能に軸支され、前記第１の回転軸と同一軸線上に設けられた第２の回転軸を中心に回転する第２の回転体が非接触で前記第１の回転軸と第２の回転軸の軸線方向に対向配置され、前記第１の回転体の対向面には第２の回転体の対向面より少ない数の磁石片が隣り合う磁極が異なるように交互に周方向に配設され、第１、第２の回転体の動力伝達比は第１、第２の回転体の磁極部の極数差／第２の回転体の極数で与えられており、
   前記継手機構は、前記第１の支持体に設けられる第１の継手板と前記第１の回転体に設けられる第２の継手板が重ね合わせて設けられ、前記第１の継手板と第２の継手板の対向面にＸ−Ｙ方向に互いに交差して形成された凹溝にボールが転動可能に挟み込まれており、前記第１の回転軸が回転すると前記第１の回転体の偏芯軸を中心とする自転運動が前記継手機構により規制されて前記第１の回転軸を中心とする公転運動のみが許容され、前記第１の回転体の公転運動に伴って、対向する重なり合う磁石片どうしの吸引反発力により前記第２の回転体へ非接触で動力伝達される非接触動力伝達装置。
2. 前記第１の回転軸の軸端にはバランサーが組み付けられており、該バランサーには前記偏芯軸の一端が嵌め込み固定されている請求項１記載の非接触動力伝達装置。

Images