JP5129183B2 - 磁気カップリングクラッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気カップリングクラッチ装置に関するものである。

従来、非接触動力伝達装置や非接触軸受を使用したフライホイール装置では、磁気カップリングクラッチ装置が必須である。磁気カップリングクラッチ装置には、磁束密度が大きく、メンテナンスフリーで電力給電の必要がない永久磁石のものが有効である。
従来の永久磁石を用いた磁気カップリングクラッチ装置としては、図５に示すような角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置（下記特許文献１参照）が用いられている。

磁気クラッチ方式では、同一ギャップで伝達トルクが大きいほど、もしくは、同一トルクでギャップが広いほど、応用範囲は広がり、フライホイール装置などでは全体の効率が高くなる。
一方、ハルバッハ配列の磁石は、コンパクトな磁気カップリングクラッチ装置への適用がなされていないのが現状である。

特開２００７−０７４９００号公報

上記した従来の磁気カップリングクラッチ装置では、永久磁石の起磁力のわりには大きな伝達トルクを得られないといった問題があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、従来の磁気カップリングクラッチ装置に比べて２〜３倍に発生トルク特性を高めることができ、より大きな伝達トルクを得られる磁気カップリングクラッチ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕駆動側下端の非磁性板（５）によって真空層（６）が形成され、この真空層（６）内の下方に接続される出力軸（８）を有し、前記駆動側非磁性板（５）の上部と前記真空層（６）内に永久磁石装置（４，７）を具備する磁気カップリングクラッチ装置において、前記永久磁石装置（４，７）は、リング状の内部固定部材（４Ａ，７Ａ）とリング状の外部固定部材（４Ｃ，７Ｃ）との間のリング状の領域にハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）を具備し、前記ハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）は、左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と、その両側に配置される表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）と、前記左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と前記表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）との間に配置される間隔子（セパレータ）（４Ｂ−５，７Ｂ−５）により構成され、発生トルク特性を高めることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
本発明の磁気カップリングクラッチ装置は、従来のものに比べて、発生トルクを２〜３倍に高めることができ、より大きな伝達トルクを得ることができる。

本発明の実施例を示すアキシャル磁気カップリングクラッチ装置の模式図である。 本発明の実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置の平面図である。 本発明の実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置の解析モデルを示す図である。 本発明の実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置を有する磁気カップリングクラッチ装置のトルク及びスラスト特性図である。 従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置を示す図である。 従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置の発生磁界の状態を示す図である。 従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置のトルクとスラスト特性図である。

本発明の磁気カップリングクラッチ装置は、駆動側下端の非磁性板（５）によって真空層（６）が形成され、該真空層（６）内の下方に接続される出力軸（８）を有し、前記駆動側非磁性板（５）の上部と前記真空層（６）内に永久磁石装置（４，７）を具備する磁気カップリングクラッチ装置において、前記永久磁石装置（４，７）は、リング状の内部固定部材（４Ａ，７Ａ）とリング状の外部固定部材（４Ｃ，７Ｃ）との間のリング状の領域にハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）を具備し、前記ハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）は、左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と、その両側に配置される表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）と、前記左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と前記表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）との間に配置される間隔子（セパレータ）（４Ｂ−５，７Ｂ−５）により構成され、発生トルク特性を高める。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示すアキシャル磁気カップリングクラッチ装置の模式図、図２は本発明の実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置の平面図であり、図２（ａ）は駆動側のハルバッハ配列の永久磁石装置の平面図、図２（ｂ）は従動側のハルバッハ配列の永久磁石装置の平面図、図３は実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置の解析モデルを示す図である。

図１において、１は駆動軸（１次側の軸）、２はスプラインナット、３は非磁性ベアリング、４は駆動（１次）側のハルバッハ配列の永久磁石装置、５は駆動軸１の下端に固定される駆動側の非磁性板、６は真空層、７は従動側のハルバッハ配列の永久磁石装置、８は下方に延びる出力軸であり、この出力軸８には磁気浮上大型慣性体（図示なし）が接続される。

図２において、駆動側のハルバッハ配列の永久磁石装置４は、駆動軸（スプライン軸）１を中心として、リング状の内部固定部材４Ａと、リング状のハルバッハ配列の永久磁石４Ｂと、リング状の外部固定部材４Ｃとからなる。
なお、リング状のハルバッハ配列の永久磁石４Ｂの左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２）とその両側に配置される表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４）との間には間隔子（セパレータ）４Ｂ−５が配置されている。

このリング状のハルバッハ配列の永久磁石４Ｂの磁界の分布は、左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極４Ｂ−１，４Ｂ−２の間には表裏ＮＳ磁極４Ｂ−３又は表裏ＳＮ磁極４Ｂ−４が配置されているので、表裏ＮＳ磁極４Ｂ−３又は表裏ＳＮ磁極４Ｂ−４は対向する相手の表裏ＳＮ磁極又は表裏ＮＳ磁極と磁気的に結合する。つまり、図３に示すように、左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極４Ｂ−１，４Ｂ−２では矢印の方向の磁界が、表裏ＮＳ磁極４Ｂ−３又は表裏ＳＮ磁極４Ｂ−４と相手の表裏ＳＮ磁極又は表裏ＮＳ磁極との間には図示されるような方向（紙面に対して直角の正と負の方向）の磁界が生成されている。

また、従動側のハルバッハ配列の永久磁石装置７も駆動側のハルバッハ配列の永久磁石装置４と同様の構造を有する。つまり、出力軸８を中心として、リング状の内部固定部材７Ａと、リング状のハルバッハ配列の永久磁石７Ｂと、リング状の外部固定部材７Ｃとからなる。
なお、リング状のハルバッハ配列の永久磁石７Ｂの左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極７Ｂ−１，７Ｂ−２とその両側に配置される表裏ＮＳ磁極７Ｂ−３又は表裏ＳＮ磁極７Ｂ−４との間には間隔子（セパレータ）７Ｂ−５が配置されている。

図４は本発明の実施例を示すハルバッハ配列の永久磁石装置を有する磁気カップリングクラッチ装置の発生トルクとスラスト特性図、図７は従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置の発生トルク及びスラスト特性図であり、図４と図７は共に、横軸に永久磁石間距離（ｍｍ）、縦軸に発生トルク（Ｎｍ）とスラスト（ｋｇｆ×１０）を示している。

なお、図５には従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置を示し、図６には従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置の発生磁界の状態を示している。
従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置は、図７に示すような発生トルク及びスラスト特性を示し、本発明のハルバッハ配列の永久磁石装置は、図４に示すような発生トルク及びスラスト特性を示している。つまり、本発明のハルバッハ配列の永久磁石装置は、従来の角型８連反発磁気カップリングクラッチ装置に比較して約２．６倍の発生トルクを得ることができた。

このように、本発明のハルバッハ配列の永久磁石を有する磁気カップリングクラッチ装置は、従来のものと寸法がほぼ同じであっても伝達トルクを大きくとることができるので、応用範囲が広がる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の磁気カップリングクラッチ装置は、大きな伝達トルクを要するクラッチ装置に利用可能である。

１ 駆動軸（スプライン軸）
２ スプラインナット
３ 非磁性ベアリング
４ 駆動側のハルバッハ配列の永久磁石装置
４Ａ，７Ａ リング状の内部固定部材
４Ｂ，７Ｂ リング状のハルバッハ配列の永久磁石
４Ｂ−１，７Ｂ−１ 左右ＮＳ磁極
４Ｂ−２，７Ｂ−２ 左右ＳＮ磁極
４Ｂ−３，７Ｂ−３ 表裏ＮＳ磁極
４Ｂ−４，７Ｂ−４ 表裏ＳＮ磁極
４Ｂ−５，７Ｂ−５ 間隔子（セパレータ）
４Ｃ，７Ｃ リング状の外部固定部材
５ 駆動側の非磁性板
６ 真空層
７ 従動側のハルバッハ配列の永久磁石装置
８ 出力軸

Claims (1)

1. 駆動側下端の非磁性板（５）によって真空層（６）が形成され、該真空層（６）内の下方に接続される出力軸（８）を有し、前記駆動側非磁性板（５）の上部と前記真空層（６）内に永久磁石装置（４，７）を具備する磁気カップリングクラッチ装置において、前記永久磁石装置（４，７）は、リング状の内部固定部材（４Ａ，７Ａ）とリング状の外部固定部材（４Ｃ，７Ｃ）との間のリング状の領域にハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）を具備し、前記ハルバッハ配列の永久磁石（４Ｂ，７Ｂ）は、左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と、その両側に配置される表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）と、前記左右ＮＳ磁極又は左右ＳＮ磁極（４Ｂ−１，４Ｂ−２；７Ｂ−１，７Ｂ−２）と前記表裏ＮＳ磁極（４Ｂ−３，７Ｂ−３）又は表裏ＳＮ磁極（４Ｂ−４，７Ｂ−４）との間に配置される間隔子（セパレータ）（４Ｂ−５，７Ｂ−５）により構成され、発生トルク特性を高めることを特徴とする磁気カップリングクラッチ装置。

Images