JP5032777B2

JP5032777B2 - Torque transmission device

Info

Publication number: JP5032777B2
Application number: JP2006047480A
Authority: JP
Inventors: 祐也長谷川; 勝弘平田; 義雄光武; 智浩太田; 穣山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007228735A

Description

本発明は、トルク伝達装置、殊に均一な回転運動を周期的な不連続パターンのトルクに変換して伝達するトルク伝達装置に関するものである。 The present invention relates to a torque transmission device, and more particularly to a torque transmission device that converts a uniform rotational motion into torque having a periodic discontinuous pattern and transmits the torque.

回転運動を伝達するにあたり、均一な回転が常に望まれるわけではなく、たとえばインパクトドライバーなどにおいては、周期的にトルクが増減するトルク伝達が望まれる。 In transmitting the rotational motion, uniform rotation is not always desired. For example, in an impact driver, torque transmission in which the torque increases or decreases periodically is desired.

このようなトルク伝達装置として、特開２００４−２９１１３８号公報（特許文献１）に磁気吸引力を利用したものが示されている。しかし、インパクトドライバー用としてみた場合、従動側に伝達されるトルクの最大値が小さく、更に大きいトルク伝達を行えるものが求められている。 As such a torque transmission device, a device using a magnetic attractive force is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-291138 (Patent Document 1). However, when it is used for impact drivers, there is a demand for one that can transmit a larger torque with a small maximum value of torque transmitted to the driven side.

一方、トルク伝達を非接触で行うものとして特開平６−１４５２３号公報（特許文献２）に示された渦電流ブレーキがある。このものでは定常回転時は常に一定のトルクを発生するものの、銅板を挟み込む磁石と導体との間隔を機械的に変化させる機構を備えていることから、該機構による上記間隔の変化によって伝達するトルクを増減させることが可能である。もっともこの機構では導体を高速回転させるとともに磁石も高速に動かさなくてはならないことから、現実的ではない。
特開２００４−２９１１３８号公報特開平６−１４５２３号公報 On the other hand, there is an eddy current brake disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-14523 (Patent Document 2) that performs torque transmission in a non-contact manner. Although this compound is the steady rotation always generates a constant torque, the distance between the magnet and the conductor sandwiching the copper plate since it has a mechanism for mechanically changing, transmitting by a change in the interval by the mechanism The torque can be increased or decreased. However, this mechanism is not realistic because the conductor must be rotated at a high speed and the magnet must be moved at a high speed.
JP 2004-291138 A JP-A-6-14523

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、増減するとともに最大値が大きいトルク伝達を簡単な機構で得ることができるトルク伝達装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a torque transmission device capable of obtaining torque transmission having a large maximum value with a simple mechanism while increasing or decreasing. is there.

上記課題を解決するために本発明に係るトルク伝達装置は、原動側の回転体と、従動側の回転体とからなるとともに、同軸に配された両回転体のうちの一方の回転体は回転軸に対して直交する方向の成分を有する磁束を回転軸を中心とする周方向において不均一に生じさせる磁石部を備えており、他方の回転体は上記磁石部と対向する面に導体が上記周方向において不均一に配設されており、両回転体の相対回転に際して、上記導体に流れる渦電流が、周期的に変化するトルクを発生することに特徴を有している。 In order to solve the above-described problem, a torque transmission device according to the present invention includes a rotating body on the driving side and a rotating body on the driven side, and one of the rotating bodies arranged coaxially rotates. A magnet part that generates a magnetic flux having a component in a direction perpendicular to the axis in a circumferential direction around the rotation axis, and the other rotating body has a conductor on the surface facing the magnet part. It is unevenly arranged in the circumferential direction, when the relative rotation of both the rotating body, eddy current flowing through the conductor, has a particular feature for generating a cyclically varying torque.

上記磁石部は着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において交互に配設されて形成され、導体は周方向において間隔をおいて設けられていることが好ましい。大きな磁束の変化が生じるために大きな渦電流を得ることができる上に、磁石部に対向する面に導体がない部分を設けたので、トルクの最大値と最小値との差を大きくすることができる。 The magnet portion is preferably formed by alternately arranging permanent magnets whose magnetization directions are opposite in the circumferential direction, and the conductors are provided at intervals in the circumferential direction. A large eddy current can be obtained because a large change in magnetic flux occurs, and a portion without a conductor is provided on the surface facing the magnet portion, so that the difference between the maximum value and the minimum value of the torque can be increased. it can.

この時、着磁方向が逆となっている永久磁石が周方向において等間隔に配設されているとともに導体が周方向において等間隔に配設されていると、原動側の１回転内において出力されるトルクを周期的なものとすることができる。 At this time, if the permanent magnets whose magnetization directions are reversed are arranged at equal intervals in the circumferential direction and the conductors are arranged at equal intervals in the circumferential direction, output is performed within one rotation on the driving side. The torque applied can be periodic.

導体を備えた回転体は間隔をおいて配設された導体間に磁性体からなる磁極歯を備えたものとするのも好ましい。磁気力によるコギンクトルクが加わるために、トルクの最大値を大きくすることができる。 It is also preferable that the rotating body provided with the conductor is provided with magnetic pole teeth made of a magnetic material between the conductors arranged at intervals. Since the cogging torque due to the magnetic force is applied, the maximum value of the torque can be increased.

また、磁石部の前記直交方向の両側に夫々導体が配されていると、伝達されるトルクの最大値を略２倍にすることができる。 Further, when the conductors are disposed on both sides of the magnet portion in the orthogonal direction, the maximum value of the transmitted torque can be approximately doubled.

更に、導体を備えた回転体が磁石部を有する回転体の端面と対向する部分にヨークを備え、このヨーク表面にも導体を備えていると、磁路の磁気抵抗を低減して伝達されるトルクの最大値を大きくすることができる。 Furthermore, if the rotating body provided with the conductor is provided with a yoke in a portion facing the end face of the rotating body having the magnet portion and the yoke surface is also provided with a conductor, the magnetic resistance of the magnetic path is reduced and transmitted. The maximum value of torque can be increased.

本発明は、導体を備える回転体と磁石部を備える回転体を要素として備えるだけであるにもかかわらず、原動側の回転体を回転させた時に導体内を流れる渦電流を利用して均一な回転運動を周期的な不連続パターンのトルクに変換して伝達することができるものであり、周期的に変化するトルクを伝達することができるものを安価に提供することができる。 Although the present invention only includes a rotating body including a conductor and a rotating body including a magnet portion as elements, the present invention provides uniform using an eddy current flowing in the conductor when the driving side rotating body is rotated. The rotary motion can be converted into a periodic discontinuous pattern of torque and transmitted, and a device capable of transmitting a periodically changing torque can be provided at low cost.

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２において１はモータ３に接続された原動側の回転体、２は従動側の回転体であり、これら回転体１，２の各回転軸１５，２５は軸受３１を介してモータ３と共に土台３０で支持されている。 Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a driving side rotating body connected to a motor 3, and 2 denotes a driven side rotating body. The rotary shafts 15 and 25 are supported by the base 30 together with the motor 3 via bearings 31.

共に磁性体で形成された上記両回転体１，２は同軸で配置されているとともに軸ずれ防止軸３４によって同軸状態が保持されるようになっている。また、ここでは原動側の回転体１を有底筒状とし、従動側の回転体２を円柱状として、回転体１内に回転体２を位置させることで従動側の回転体２の外周を原動側の回転体１の円筒状部で囲んでいるのであるが、従動側の回転体２の外周面には複数個の永久磁石２０が配設され、原動側の回転体１の上記円筒状部の内周面には導体１０が配設されている。 Both the rotating bodies 1 and 2, both formed of a magnetic material, are arranged coaxially and are kept coaxial by an axis deviation prevention shaft 34. Further, here, the rotor 1 on the driving side has a bottomed cylindrical shape, the rotor 2 on the driven side has a cylindrical shape, and the outer periphery of the rotor 2 on the driven side is positioned by positioning the rotor 2 in the rotor 1. A plurality of permanent magnets 20 are disposed on the outer peripheral surface of the driven-side rotator 2 so as to be surrounded by the cylindrical portion of the motive-side rotator 1. A conductor 10 is disposed on the inner peripheral surface of the part.

上記の各永久磁石２０は回転体１，２の半径方向（ラジアル方向）に着磁されたものであるとともに、着磁方向が逆となっているものが周方向において交互に配設されている。なお、図示例ではＮ極が外周側に位置する永久磁石４個とＳ極が外周側に位置する永久磁石４個の総計８個が周方向に並べられている。 Each of the permanent magnets 20 is magnetized in the radial direction (radial direction) of the rotating bodies 1 and 2 and the magnets having opposite magnetizing directions are alternately arranged in the circumferential direction. . In the illustrated example, a total of eight permanent magnets with N poles positioned on the outer peripheral side and four permanent magnets with S poles positioned on the outer peripheral side are arranged in the circumferential direction.

回転体１に設けられて上記永久磁石２０の外周面に小間隙をおいて対向する上記導体１０は、上記永久磁石２０とほぼ同じ幅（周方向の長さ）のものが周方向において間隔をおいて配設されているが、ここでは回転軸１５を中心とする円弧状で且つ該円弧の中心角が４５°となっている４個の導体１０を周方向に等間隔に配している。 The conductor 10 provided on the rotating body 1 and facing the outer peripheral surface of the permanent magnet 20 with a small gap is substantially the same width (length in the circumferential direction) as the permanent magnet 20 and is spaced apart in the circumferential direction. Here, four conductors 10 having an arc shape centering on the rotation shaft 15 and a central angle of the arc of 45 ° are arranged at equal intervals in the circumferential direction. .

今、モータ３によって回転体１を回転させたならば、永久磁石２０の着磁方向が変化する部分において永久磁石２０からの導体１０の表面部分に鎖交する磁束が変化するために、磁束の変化を妨げようとする渦電流が導体１０に発生する。この渦電流は回転体１の回転を妨げようとするために、その反力が従動側の回転体２にトルクが伝達され、回転体２も回転する。この時、回転体１に設けた導体１０は周方向において間隔を置いて配設されているとともに回転体２側の永久磁石２０は着磁方向が逆となっているものが交互に並べられているために、渦電流により発生するトルクは図３に示すように４５°周期で増減するものとなる。 Now, if the rotating body 1 is rotated by the motor 3, the magnetic flux linked to the surface portion of the conductor 10 from the permanent magnet 20 changes in the portion where the magnetization direction of the permanent magnet 20 changes. An eddy current is generated in the conductor 10 to prevent the change. Since this eddy current tends to hinder the rotation of the rotating body 1, the reaction force is transmitted to the rotating body 2 on the driven side, and the rotating body 2 also rotates. At this time, the conductors 10 provided on the rotating body 1 are arranged at intervals in the circumferential direction, and the permanent magnets 20 on the rotating body 2 side are alternately arranged with the magnetizing directions reversed. Therefore, the torque generated by the eddy current increases and decreases with a period of 45 ° as shown in FIG.

ちなみに図１(a)に示すように導体１０の内周側にいずれかの永久磁石２０が周方向においてずれずに位置する状態ではトルクが０であり、着磁方向が異なるとともに隣接している２つの永久磁石２０，２０の境界部分が導体１０の周方向における中央に位置する時にトルクが最大となる。 Incidentally, as shown in FIG. 1 (a), when any permanent magnet 20 is located on the inner circumference side of the conductor 10 without being displaced in the circumferential direction, the torque is 0, the magnetization directions are different and adjacent to each other. When the boundary portion between the two permanent magnets 20 and 20 is located at the center in the circumferential direction of the conductor 10, the torque becomes maximum.

また、図１(a)に示す状態では永久磁石２０の周方向右側半分から生じる磁束は右側の永久磁石２０に、左側半分から生じる磁束は左側の永久磁石に磁性体を介して流れる。有底筒状の回転体１の底部である内側面においては図１(b)に点線で示すループ状に磁束が流れるために、この部分からの漏れ磁束は少ない。 In the state shown in FIG. 1A, the magnetic flux generated from the right half of the permanent magnet 20 in the circumferential direction flows to the right permanent magnet 20 and the magnetic flux generated from the left half of the permanent magnet 20 flows to the left permanent magnet through the magnetic material. Since the magnetic flux flows in a loop shape indicated by a dotted line in FIG. 1B on the inner surface which is the bottom of the bottomed cylindrical rotating body 1, the leakage magnetic flux from this portion is small.

図４に他例を示す。基本的構成は上記のものと同じであるが、ここでは回転体２の軸方向端面と対向する回転体１の内側面にも導体１１を配してある。放射状に形成された導体１１は、その外周縁が前記導体１０に接続され、中心側が相互に接続されたものであり、回転体１が回転する時、回転体１の内周面に周方向において間隔をおいて設けた導体１０に流れる渦電流によるトルク発生に加えて、ヨークとして機能することになる回転体１の内側面を通る図４(b)に破線で示す磁束によって上記導体１１においても渦電流が生じてトルクを発生するものである。すなわち、最大トルクが導体１１の存在によって大きくなるものである。 FIG. 4 shows another example. Although the basic configuration is the same as that described above, the conductor 11 is also disposed on the inner surface of the rotating body 1 facing the axial end surface of the rotating body 2 here. The radially formed conductor 11 has an outer peripheral edge connected to the conductor 10 and a center side connected to each other. When the rotating body 1 rotates, the inner surface of the rotating body 1 is circumferentially connected to the inner surface. In addition to the generation of torque due to eddy currents flowing in the conductor 10 provided at intervals, the conductor 11 is also affected by the magnetic flux indicated by the broken line in FIG. An eddy current is generated to generate torque. That is, the maximum torque is increased by the presence of the conductor 11.

図５に更に他例を示す。回転体１は環状の溝を有するものとして形成されているとともに、この溝の外周面と内周面とに夫々４個の導体１０を周方向に間隔をおいて配置してある。また溝の奥端は外周面側の導体１０と内周面側の導体１０とを夫々つなぐ総計４個の導体１１を設けている。 FIG. 5 shows still another example. The rotator 1 is formed to have an annular groove, and four conductors 10 are arranged on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the groove at intervals in the circumferential direction. In addition, a total of four conductors 11 for connecting the outer peripheral surface side conductor 10 and the inner peripheral surface side conductor 10 are provided at the back end of the groove.

他方の回転体２はラジアル方向に着磁され且つ着磁方向が逆となっている永久磁石２０を周方向において交互に配設することで形成された円筒部を備えており、この円筒部が上記回転体１の環状の溝内に配されて、永久磁石２０の外周面に外周側の導体１０が小間隙を介して対向し、永久磁石２０の内周面に内周側の導体１０が小間隙を介して対向している。なお、回転体１０における等間隔に配された外周側の導体１０と同じく等間隔に配された内周側の導体１０とは周方向において同じ位置にある。 The other rotating body 2 includes a cylindrical portion formed by alternately arranging permanent magnets 20 magnetized in the radial direction and reversed in the circumferential direction. Arranged in the annular groove of the rotating body 1, the outer peripheral conductor 10 is opposed to the outer peripheral surface of the permanent magnet 20 via a small gap, and the inner peripheral conductor 10 is opposed to the inner peripheral surface of the permanent magnet 20. Opposing through a small gap. The outer peripheral conductors 10 arranged at equal intervals in the rotating body 10 and the inner peripheral conductors 10 arranged at equal intervals are at the same position in the circumferential direction.

このものでは永久磁石２０からの磁束は外周側の導体１０と内周側の導体１０とを通るものであり、更に導体１１を通る磁束もあるために、回転体１の回転に伴って外周側の導体１０と内周側の導体１０とに渦電流が生じてトルクが発生するものであり、更に導体１１においても渦電流が生じてトルクが発生することから、トルクを伝達する部分が更に多くなるために、より多くのトルク伝達が可能となっている。 In this case, the magnetic flux from the permanent magnet 20 passes through the conductor 10 on the outer peripheral side and the conductor 10 on the inner peripheral side, and there is also a magnetic flux passing through the conductor 11. Since the eddy current is generated in the inner conductor 10 and the inner conductor 10 and torque is generated in the conductor 11, the eddy current is generated in the conductor 11 and torque is generated. Therefore, more torque transmission is possible.

図６に更に他例を示す。これは上記図５に示したものと永久磁石２０と導体１０，１１の配置に関しては同じであるが、回転体１における導体１０間の部分に磁性体を埋め込むことで複数個の等間隔に並ぶ磁極歯１３を形成している。 Another example is shown in FIG. This is the same as the arrangement shown in FIG. 5 with respect to the arrangement of the permanent magnet 20 and the conductors 10, 11. However, the magnetic body is embedded in the portion between the conductors 10 in the rotating body 1 and arranged at a plurality of equal intervals. Magnetic pole teeth 13 are formed.

この場合、原動側の回転体１と従動側の回転体２との間には、渦電流によって発生するトルク（図７中のイ）に加え、永久磁石２０と磁極歯１３との間に磁気吸引力によるところのコギングトルク（図７中のロ）が発生するものであり、４５°周期で発生する増減する上記両トルクの合成トルク（図７中のハ）は、９０°周期で大トルクとなる。 In this case, a magnetic force is generated between the permanent magnet 20 and the magnetic pole teeth 13 between the driving side rotating body 1 and the driven side rotating body 2 in addition to the torque generated by the eddy current (A in FIG. 7). The cogging torque (b in FIG. 7) due to the attractive force is generated, and the combined torque (c in FIG. 7) of the above two torques that increase and decrease in a cycle of 45 ° is a large torque in a cycle of 90 °. It becomes.

なお、上記の各例では導体１０（１１）を備えた回転体１を原動側、永久磁石２０を備えた回転体２を従動側としたが、回転体２を原動側、回転体１を従動側としても問題ないのはもちろんである。 In each of the above examples, the rotating body 1 provided with the conductor 10 (11) is the driving side and the rotating body 2 including the permanent magnet 20 is the driven side. However, the rotating body 2 is the driving side and the rotating body 1 is driven. Of course, there is no problem on the side.

本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, where (a) is a transverse sectional view and (b) is a longitudinal sectional view. 同上の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure same as the above. 同上の伝達されるトルクの説明図である。It is explanatory drawing of the torque transmitted same as the above. 他例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。Other examples are shown, in which (a) is a transverse sectional view and (b) is a longitudinal sectional view. 更に他例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。Further, another example is shown, in which (a) is a transverse sectional view and (b) is a longitudinal sectional view. 別の例を示しており、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。Another example is shown, in which (a) is a transverse sectional view and (b) is a longitudinal sectional view. 同上の伝達されるトルクの説明図である。It is explanatory drawing of the torque transmitted same as the above.

Explanation of symbols

１回転体
２回転体
３モータ
１０導体
２０永久磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating body 2 Rotating body 3 Motor 10 Conductor 20 Permanent magnet

Claims

A rotating body on the driving side and a rotating body on the driven side, and one of the rotating bodies arranged coaxially has a magnetic flux having a component in a direction perpendicular to the rotating shaft. A magnet part that generates non-uniformly in the circumferential direction of the center is provided, and the other rotating body has a conductor non-uniformly arranged in the circumferential direction on the surface facing the magnet part , A torque transmission device characterized in that an eddy current flowing through the conductor generates a periodically changing torque during relative rotation .

2. The magnet portion is formed by alternately arranging permanent magnets having opposite magnetization directions in the circumferential direction, and the conductors are provided at intervals in the circumferential direction. The torque transmission device described.

3. The torque transmission device according to claim 2, wherein the permanent magnets having opposite magnetization directions are arranged at equal intervals in the circumferential direction and the conductors are arranged at equal intervals in the circumferential direction. .

The torque transmission device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating body including the conductor includes magnetic pole teeth made of a magnetic body between the conductors arranged at intervals.

The torque transmission device according to any one of claims 1 to 4, wherein conductors are disposed on both sides of the magnet portion in the orthogonal direction.

6. The rotating body having a conductor includes a yoke at a portion facing the end surface of the rotating body having a magnet portion, and the conductor is also provided on the surface of the yoke. The torque transmission device described.