KR102217315B1

KR102217315B1 - 비접촉식 동력 전달 장치

Info

Publication number: KR102217315B1
Application number: KR1020140107692A
Authority: KR
Inventors: 데쓰오 구보; 도모후미 시바타; 다카시 쓰카하라; 다쓰타로 데무라
Original assignee: 가부시키가이사 에머지
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2021-02-17
Also published as: KR20150047087A; EP2876792A3; US20150108863A1; JP6226693B2; EP2876792A2; US9531248B2; JP2015081647A

Abstract

본 발명의 일 태양은, 제1 회전축과 연결되어 회전하는 제1 원판형 부재와, 제1 원판형 부재의 면에 대하여 수직인 면을 가지고, 제1 자석을 유지하는 제1 판형 부재를 가진다. 또한, 제1 원판형 부재와 대향하도록 설치된, 제2 회전축과 연결되어 회전하는 제2 원판형 부재와, 제2 원판형 부재의 면에 대하여 수직인 면을 가지고, 제2 자석을 유지하는 제2 판형 부재를 가진다. 그리고, 제1 자석의 제2 자석과 대향하는 측의 자극과 제2 자석의 제1 자석과 대향하는 측의 자극이 동극이다.

Description

비접촉식 동력 전달 장치{NON-CONTACT POWER TRANSMISSION APPARATUS}

본 발명은, 자기(磁氣)를 이용한 비접촉식 동력 전달 장치에 관한 것이다.

종래, 전력을 회전체(예를 들면, 플라이휠)의 운동 에너지로 변환하여 축적하는 동시에 회전체에 축적되어 있는 운동 에너지를 필요할 때 전기 에너지로 변환하여 인출하는 전력 저장 장치가 알려져 있다.

이 전력 저장 장치는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 플라이휠과, 상기 플라이휠에 고정되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되는 비접촉 토크(torque) 전달 부품으로 구성되는 회전체를, 복사 차폐조(遮蔽槽) 및 진공 용기를 주위에 구비한 내조(內槽)에 배치한 것이다. 상기 회전체의 회전축은, 초전도체를 가지는 자기(磁氣) 지지 장치에 의해 비접촉으로 지지되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 전력 저장 장치에서는, 에너지 보존과 단열을 위해 플라이휠을 고진공 환경에 있어서, 또한 초전도체를 가지는 자기 지지 장치를 회전축의 베어링으로서 사용하여, 상기 베어링의 마찰 저항을 최소한으로 억제하도록 하고 있다.

예를 들면, 비특허 문헌 1에는, 초전도 코일과 초전도 벌크체(bulk body)를 조합한 초전도 자기 베어링을 플라이휠에 적용하고, 비접촉으로 대(大)하중을 지지하는 구조를 가지는 냉동기 냉각형 초전도 플라이휠의 개발에 대하여 기재되어 있다. 플라이휠에 초전도 자기 베어링을 사용한 구조에서는, 초전동 코일은 냉각기에 의한 전도 냉각으로 임계 온도 이하로 냉각된다.

이와 같은 플라이휠에 동력(회전 토크)을 전달하는 비접촉 토크 전달 장치의 부품으로서, 예를 들면, 특허 문헌 2에 개시된 바와 같은, 비자성판(非磁性板)으로 형성된 진공 용기의 내부와 외부와의 사이에서 회전축의 토크를 전달하는 자기 커플링 클러치 장치(이하, 「자기 클러치)」라고 함)가 사용된다.

자기 클러치는, 전동 발전기와 접속된 구동축과 종동축(從動軸)과의 사이에서 동력(회전 토크)을 비접촉으로 전달하는 비접촉식 동력 전달 장치이다. 일반적으로, 자기 클러치는, 영구 자성체 또는 코일[예를 들면, 동선(銅線)]을 구비한, 구동축과 수직인 평면을 가지고 상기 구동축과 연결된 제1 클러치부와, 이 제1 클러치부와의 사이에 자력을 발생하는 영구 자성체를 구비한, 종동축에 수직인 평면을 가지고 상기 종동축과 연결된 제2 클러치부를 구비하고 있다. 자기 클러치는, 제1 클러치부와 제2 클러치부와의 사이에 간극부를 형성하도록 제1 클러치부와 제2 클러치부가 대향하고 있고, 이 간극부에 진공 용기의 비자성판이 개재(介在)한다. 즉, 진공 용기의 외측에 제1 클러치부가 배치되고, 진공 용기의 내측에 제2 클러치부가 배치되어 있다.

그리고, 제1 클러치부와 제2 클러치부와의 사이에 발생하는 자력에 의해 제1 클러치부와 제2 클러치부가 당겨져, 제1 클러치부의 회전에 연동하여 제2 클러치부가 회전함으로써, 구동측의 동력이 종동측으로 전달된다.

일본 공개특허 제2010―239796호 공보 일본 공개특허 제2010―209963호 공보

아라이 유기(Arai Yuki) 외, 「냉동기 냉각형 초전도 플라이휠용 시험 장치의 개발」, 철도 종합연구소 보고, Vol.25, No.3, pp41―46, Mar.2011

그런데, 전술한 바와 같은 자기 클러치를 사용한 비접촉 토크 전달 부품을 가지는 전력 저장 장치에서는, 플라이휠의 중량이 수t(예를 들면, 2t)이며, 이 플라이휠을 저장한 진공 용기를 포함하는 장치 전체의 중량은 수십 t에도 미친다. 그러므로, 자기 클러치의 제1 클러치부와 제2 클러치부와의 사이에 큰 자속(磁束) 밀도를 발생시켜 자기적인 결합을 강력하게 할 필요가 있지만, 제1 클러치부와 제2 클러치부에 장착하는 영구 자성체가 대형화되어, 자기 클러치의 중량이 매우 커진다. 자기 클러치의 중량이 커지면, 자기 클러치 취급에 신중을 기할 필요가 있고, 자기 클러치를 전력 저장 장치에 조립할 때의 작업이 어려워진다.

상기한 상황으로부터, 대형의 자석을 사용하지 않고, 구동측으로부터 종동측에 비접촉으로 동력을 전달하는 비접촉식 동력 전달 장치가 요구되고 있었다.

본 발명의 일 태양(態樣)의 비접촉식 동력 전달 장치는, 구동측의 제1 부재와, 종동측의 제2 부재로 구성된다.

제1 부재는, 제1 회전축과 연결되어 회전하는 제1 원판형 부재와, 제1 원판형 부재의 제1 회전축이 연결되어 있는 면과는 반대측의 면에 설치된, 제1 원판형 부재의 면에 대하여 수직인 면을 가지는 제1 판형 부재와, 제1 원판형 부재의 수직인 면에 설치된 제1 자석을 가진다.

제2 부재는, 제1 원판형 부재와 대향하도록 설치된, 제2 회전축과 연결되어 회전하는 제2 원판형 부재와, 제2 원판형 부재의 제2 회전축이 연결되어 있는 면과는 반대측의 면에 설치된, 제2 원판형 부재의 면에 대하여 수직인 면을 가지는 제2 판형 부재와, 제2 원판형 부재의 수직인 면에 설치된 제2 자석을 가진다.

그리고, 제1 자석의 제2 자석과 대향하는 측의 자극(磁極)과, 제2 자석의 제1 자석과 대향하는 측의 자극이 동극(同極)이다.

상기 구성에 의하면, 제1 원판형 부재가 제1 회전축을 중심으로 회전하여 제1 판형 부재에 설치된 제1 자석과, 제2 판형 부재에 설치된 제2 자석이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석과 상기 제2 자석과의 사이에 반발력이 생긴다. 이로써, 제2 자석에, 제1 자석의 회전의 중심인 제1 회전축을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 힘이 작용한다. 따라서, 제2 자석을 유지하는 제2 판형 부재가 설치된 제2 원판형 부재가 회전하고, 제2 원판형 부재와 연결된 제2 회전축이 회전한다.

본 발명의 하나 또는 복수의 실시형태에 따르면, 대형의 자석을 사용하지 않고, 구동측으로부터 종동측에 비접촉으로 동력을 전달하는 비접촉식 동력 전달 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 전체 구성을 나타낸 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제2 자석을 유지하는 제2 판형 부재의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 A―A선에서 본 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치를 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 자석을 유지하는 판형 부재의 설명도로서, 도 6의 A는 제1 판형 부재의 B―B선에서 본 도면, 도 6의 B는 제2 판형 부재의 C―C선에서 본 도면이다.
도 7은 도 5에 나타낸 판형 부재와 환형(環形) 보강 부재의 설명도로서, 도 7의 A는 제1 판형 부재의 평면도, 도 7의 B는 환형 보강 부재의 평면도이다.
도 8은 도 5에 나타낸 지지부 본체와 제1 판형 부재의 분해도이다.
도 9는 도 5에 나타낸 제1 판형 부재와 제2 판형 부재의 주요부의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치를 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 제1 판형 부재의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 분해사시도이다.
도 13은 도 12의 비접촉식 동력 전달 장치를 조립 상태의 사시도이다.
도 14는 도 12의 비접촉식 동력 전달 장치의 제1 회전 부재의 설명도로서, 도 14의 A는 제1 회전 부재의 E―E선의 반단면도(半斷面圖), 도 14의 B는 제1 회전 부재의 D―D선의 반단면도이다.
도 15는 도 12의 비접촉식 동력 전달 장치의 제2 회전 부재의 설명도로서, 도 15의 A는 제2 회전 부재의 G―G선의 반단면도, 도 15의 B는 도 15의 A의 제2 회전 부재의 측면도이다.
도 16은 제1 회전 부재 및 제2 회전 부재의 설명도로서, 도 16의 A는 제1 회전 부재의 F―F선에서 본 도면, 도 16의 B는 제2 회전 부재의 H―H선에서 본 도면이다.
도 17은 제1 회전 부재에 설치된 제1 자석과, 제2 회전 부재에 설치된 제2 자석의 위치 관계를 나타낸 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 제1 변형예를 나타낸 설명도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 제2 변형예를 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 예에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 각 도면에 있어서 공통의 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다.

<1.제1 실시형태>

제1 실시형태에서는, 비접촉식 동력 전달 장치로서 자기 클러치를 적용한 예를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3)의 전체 구성을 나타낸 개략 사시도이다.

비접촉식 동력 전달 장치(3)는, 구동측의 제1 부재(1)와, 종동측의 제2 부재(2)로 구성되어 있다. 제1 부재(1)는, 제1 회전축(10)과, 제1 원판형 부재(20)(제1 회전 부재의 일례)와, 4개의 제1 판형 부재(21A∼21D)와, 제1 판형 부재(21A∼21D)의 각각에 설치된 제1 자석(22)을 구비하고 있다.

제1 회전축(10)의 한쪽의 단부(端部)는, 도시하지 않은 전동기 또는 전동 발전기의 회전축과 직접 또는 조인트에 의해 접속하고 있고, 제1 회전축(10)의 다른 쪽의 단부는, 제1 원판형 부재(20)의 중앙부에 고정되어 있다. 조인트에는, 예를 들면, 전동기 또는 전동 발전기와 제1 부재(1)와의 사이에서 동력을 전달하는 커플링 등이 적용된다. 전동 발전기는, 전동기와 발전기가 가역(可逆)이며 겸용되는 장치이다. 예를 들면, 종동측의 제2 부재(2)에 플라이휠이 연결되어 있는 경우에는, 전동 발전기는, 전기 에너지에 의해 전동기를 회전시켜 플라이휠을 회전시키는 동시에, 이 플라이휠의 운동 에너지에 의해 발전기를 회전시켜 전력을 발생한다.

제1 원판형 부재(20)는, 원형의 판형이며, 제1 회전축(10)의 다른 쪽의 단부와 연결되어 있고, 제1 회전축(10)의 회전에 따라 제1 원판형 부재(20)가 회전한다.

4개의 제1 판형 부재(21A∼21D)는 각각, 제1 원판형 부재(20)의 제1 회전축(10)이 연결되어 있는 면과는 반대측의 주면(主面)(20s)(도 3 참조)에, 제1 회전축(10)을 중심으로 하는 방사선 방향을 따라 고정되어 있다. 이 예에서는, 제1 판형 부재(21A∼21D)는, 제1 원판형 부재(20)를 4등분한 위치 즉 90° 간격으로 배치되어 있다. 그리고, 이 4개의 제1 판형 부재(21A∼21D)는, 제1 원판형 부재(20)의 주면(20s)에 대하여 수직인 면을 가지고, 이 수직인 면에 제1 자석(22)이 설치된다. 이하에서는, 4개의 제1 판형 부재(21A∼21D)를 특히 구별하지 않는 경우에는, 「제1 판형 부재(21)」라고 한다.

한편, 제2 부재(2)는, 제1 부재(1)와 대략 동일한 구성을 가지고 있다. 즉, 제2 부재(2)는, 제2 회전축(30)(도 3 참조)과, 제2 원판형 부재(40)(제2 회전 부재의 일례)와, 4개의 제2 판형 부재(41A∼41D)와, 제2 판형 부재(41A∼41D)의 각각에 설치된 제2 자석(42)을 구비하고 있다.

제2 회전축(30)의 한쪽의 단부는, 제2 원판형 부재(40)의 중앙부에 고정되어 있고, 제2 회전축(30)의 다른 쪽의 단부는, 도시하지 않은 플라이휠 등의 회전축과 직접 또는 조인트에 의해 접속되어 있다.

제2 원판형 부재(40)는, 원형의 판형이며, 제2 회전축(30)의 한쪽의 단부와 연결되어 있고, 제1 원판형 부재(20)의 회전에 종동하여 회전하고, 이에 따라 제2 회전축(30)이 회전한다. 이 제2 원판형 부재(40)는, 제1 원판형 부재(20)와 대향하도록 설치된다.

4개의 제2 판형 부재(41A∼41D)는 각각, 제2 원판형 부재(40)의 제2 회전축(30)이 연결되어 있는 면과는 반대측의 주면(40s)에, 제2 회전축(30)을 중심으로 하는 방사선 방향을 따라 고정되어 있다. 이 예에서는, 제2 판형 부재(41A∼41D)는, 제1 판형 부재(21A∼21D)의 위치에 대응하여, 제2 원판형 부재(40)를 4등분한 위치 즉 90° 간격으로 배치되어 있다. 그리고, 이 4개의 제2 판형 부재(41A∼41D)는, 제2 원판형 부재(40)의 주면(40s)에 대하여 수직인 면을 가지고, 이 수직인 면에 제2 자석(42)이 설치된다. 이하에서는, 4개의 제2 판형 부재(41A∼41D)를 특히 구별하지 않는 경우에는, 「제2 판형 부재(41)」라고 한다.

다음에, 제1 판형 부재(21) 및 제2 판형 부재(41)에 대하여 설명한다. 제1 판형 부재(21)와 제2 판형 부재(41)는 같은 구성이므로, 여기서는 제2 판형 부재(41)에 대하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타낸 제2 판형 부재(41)의 설명도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 판형 부재(41)는, 제2 원판형 부재(40)에 배치된 상태에서 주면(40s)에 수직인 면을 가지는 수직부(44)와, 이 수직부(44)의 단부로부터 연장되는, 주면(40s)에 평행한 면을 가지는 평행부(45)로 구성된, 측면에서 볼 때 L자의 형상이다. 수직부(44)의 평행부(45)가 형성된 면과는 반대측의 면에는, 원형의 구멍 부분(44h)이 형성되어 있다. 수직부(44)에 형성된 구멍 부분(44h)에 제2 자석(42)이 끼워져 장착되고, 접착제에 의해 제2 자석(42)이 수직부(44)에 고착된다. 평행부(45)에는 도시하지 않은 관통공 또는 나사공이 형성되고, 주면(40s)에는 나사공이 형성되어 있다. 그리고, 나사(43a, 43b)에 의해 제2 판형 부재(41)의 평행부(45)의 바닥면이, 제2 원판형 부재(40)의 주면(40s)에 접촉된 상태로 고정된다.

제1 판형 부재(21)에 있어서도, 제2 판형 부재(41)와 마찬가지의 L자의 형상이다. 그리고, 수직부(44)에 상당하는 수직부에 제1 자석(22)이 설치된 제1 판형 부재(21)의 평행부의 바닥면이, 제1 원판형 부재(20)의 주면(20s)에 나사(23a, 23b)에 의해 고정된다.

비접촉식 동력 전달 장치(3)에서는, 제1 자석(22)의 제2 자석(42)과 대향하는 측의 자극과, 제2 자석(42)의 제1 자석(22)과 대향하는 측의 자극이, 동극으로 되도록 배치되어 있다. 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)에는, 일례로서 영구 자석이 사용된다. 그리고, 도 1 및 도 2에서는, 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)의 형상을 환형으로 하였으나 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 원형, 원기둥, 사각형 등이라도 된다.

도 3은, 비접촉식 동력 전달 장치(3)의 측면도이다. 이 도 3은, 제1 원판형 부재(20)를 회전시켜, 제1 원판형 부재(20)의 제1 판형 부재(21A∼21D)[제1 자석(22)]과, 제2 원판형 부재(40)의 제2 판형 부재(41A∼41D)[제2 자석(42)]을 근접시킨 상태를 나타내고 있다. 도 4는, 도 3의 비접촉식 동력 전달 장치(3)의 A―A선에서 본 도면이다.

전술한 바와 같이, 제1 부재(1)의 제1 판형 부재(21A∼21D)[제1 자석(22)]와, 제2 부재(2)의 제2 판형 부재(41A∼41D)[제2 자석(42)]를 근접시킨 상태(도 3, 도 4)에서는, 제1 자석(22)의 제2 자석(42)과 대향하는 측의 자극과, 제2 자석(42)의 제1 자석(22)과 대향하는 측의 자극이 동극이다. 즉, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)의 S극끼리 또는 N극끼리가 대향한다. 그리고, 구멍(40h)은, 제2 회전축(30)을 제2 원판형 부재(40)에 고정시키는 데 사용되는 구멍이다.

이와 같은 구성에 있어서, 제1 부재(1)의 제1 회전축(10)에 동력(회전 토크)을 부여하여 제1 원판형 부재(20)를, 예를 들면, 반시계 회전(화살표 방향)으로 회전시킨다. 제1 원판형 부재(20)가 제1 회전축(10)을 중심으로 회전하고, 제1 판형 부재(21A∼21D)의 제1 자석(22)과, 제2 판형 부재(41A∼41D)의 대응하는 제2 자석(42)이 접근한다(도 4). 제1 판형 부재(21)와 제2 판형 부재(41)가 접근하여 대향했을 때, 제1 판형 부재(21)에 유지된 제1 자석(22)과 제2 판형 부재(41)에 유지된 제2 자석(42)의 대향하는 면이 대략 평행하게 구성되어 있다.

이 때, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)과의 사이에 반발력이 생긴다. 이로써, 제2 자석(42)에, 제1 자석(22)의 회전의 중심인 제1 회전축(10)을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 힘이 작용한다. 따라서, 이 제2 자석(42)에 작용하는 제1 회전축(10)을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 힘에 의해, 제2 자석(42)을 유지하는 제2 판형 부재(41)가 설치된 제2 원판형 부재(40)에, 제1 원판형 부재(20)의 회전 방향과 같은 방향으로의 힘이 작용한다. 그 결과, 제2 원판형 부재(40)와 연결된 제2 회전축(30)이 회전한다. 이와 같이 하여, 제1 부재(1)의 동력(회전 토크)이, 자기에 의한 반발력을 이용하여 비접촉으로 제2 부재(2)에 전달된다.

본 실시형태에 의하면, 제1 회전축(10)(구동축)에 장착된 제1 회전 부재(제1 원판형 부재(20)와, 제2 회전축(30)(종동축)에 장착된 제2 회전 부재(제2 원판형 부재(40)가 비접촉으로 결합된다. 그 결과, 연결하는 제1 회전 부재와 제2 회전 부재 사이에는, 마찰이나 진동이 발생하지 않고, 구동축으로부터 종동축에 동력이 효율적으로 전달된다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3)는, 종래와 같이 자력을 강하게 하기 위해 대형의 자석, 중량의 큰 자석을 사용하지 않고, 간단한 구성으로, 구동측으로부터 종동측으로 비접촉으로 동력을 전달할 수 있다.

종래의 자기 클러치는, 회전축 방향으로 대향 배치된 제1 클러치부(자석)와 제2 클러치부(자석)와의 사이의 인력(引力)(자력)을 이용하여, 구동측으로부터 종동측으로 동력을 전달하고 있었지만, 큰 자기 클러치에서는 자력도 극히 커진다. 그러므로, 제1 클러치부와 제2 클러치부와의 사이의 간극부를 크게 할 필요가 있었지만, 간극부를 크게 하면, 제1 클러치부와 제2 클러치부와의 사이에 발생하는 자력이 약해진다는 문제가 있었다. 이에 대하여, 비접촉식 동력 전달 장치(3)에서는, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)을 회전축 방향으로 대향 배치하지 않고, 또한 자석 사이의 반발력을 이용하므로, 구동측으로부터 종동측으로 효율적으로 동력이 전달된다. 그러므로, 대형의 자석을 사용하지 않고, 구동측으로부터 종동측에 비접촉으로 동력을 전달할 수 있다.

그리고, 전술한 비접촉식 동력 전달 장치(3)에서는, 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)을 각각, 90°의 간격으로 제1 원판형 부재(20) 및 제2 원판형 부재(40)에 배치하도록 하고 있지만, 이 예에 한정되지 않는다. 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)의 각각의 간격을 변경하여 그 수를 증감함으로써, 비접촉식 동력 전달 장치(3)에 발생하는 자속을 조정할 수 있다. 또한, 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)의 형상이나 면적, 재질을 변경함으로써, 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)을 지나는 자속 또는 자속 밀도를 조정할 수 있다. 즉, 제1 자석(22) 및 제2 자석(42)의 수, 형상이나 면적, 재질을 변경함으로써, 회전 토크를 조정할 수 있다. 그리고, 제1 부재(1)로부터 제2 부재(2)에 전달되는 회전 토크가 커지도록 조정한 경우, 큰 하중에 연결된 제2 회전축(30)을 회전시키는 것이 가능하다.

또한, 제1 원판형 부재(20)에 설치되는 제1 자석(22)과 상기 제1 원판형 부재(20)의 회전 중심과의 거리, 및 제2 원판형 부재(40)에 설치한 제2 자석(42)과 상기 제2 원판형 부재(40)의 회전 중심과의 거리를 변경함으로써, 회전 토크를 조정하는 것도 할 수 있다.

따라서, 비접촉식 동력 전달 장치(3)는, 용이하게 구동측으로부터 종동측으로 전달하는 동력(회전 토크)을 조정할 수 있다. 예를 들면, 제1 부재(1)의 회전 토크를 큰 값으로 조정함으로써, 구동측으로부터 큰 하중에 연결된 종동측으로 비접촉으로 동력을 전달할 수 있다.

그런데, 구동측의 회전축과 종동측의 회전축이 일치하고 있지 않은 경우, 종래에는, 예를 들면, 동력 전달용의 자재 조인트를 2개 사용하여 구동측의 회전축과 종동측의 회전축을 연결하여, 동력을 전달하도록 하고 있다. 즉, 조인트를 통하여 동력을 전달하고 있고, 구동측으로부터 종동측에 직접 동력을 전달할 수 없었다. 한편, 비접촉식 동력 전달 장치(3)에서는, 제1 자석(22)을 지나는 자속 중 적어도 일부가 상기 제1 자석(22)과 대향하도록 배치된 제2 자석(42)을 통과하면 된다. 그러므로, 비접촉식 동력 전달 장치(3)에서는, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)의 각각을 지나는 자속 중 적어도 일부가 중첩되도록, 제1 원판형 부재(20)와 제2 원판형 부재(40)를 배치함으로써, 제1 회전축(10)과 제2 회전축(30)이 일치하고 있지 않아도 동력을 전달할 수 있다. 또한 조인트를 통하지 않고 구동측으로부터 종동측에 동력의 전달이 가능하므로, 조인트를 사용하는 것에 의한 동력의 손실이 없어져, 효율적으로 동력을 전달할 수 있다. 그러므로, 대형의 자석을 사용하지 않고, 구동측으로부터 종동측에 비접촉으로 동력을 전달할 수 있다.

<2. 제2 실시형태>

이하, 제2 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치에 대하여 설명한다.

도 5는, 제2 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3A)를 설명하기 위한 개략 평면도이다. 이 도 5는, 비접촉식 동력 전달 장치(3A)를 구성하는 구동측의 도시하지 않은 제1 부재[제1 부재(1)에 상당]로부터, 제1 원판형 부재(20)에 상당하는 도시하지 않은 제1 원판형 부재를 제거한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 도 5에 있어서, 제1 판형 부재(51A)의 제1 자석(22)이 설치된 개소(箇所)의 주변과, 제2 판형 부재(71A)의 제2 자석(42)이 설치된 개소의 주변을 단면(斷面)에서 본 것으로 도시하고 있다.

도 5에 나타낸 비접촉식 동력 전달 장치(3A)와, 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3)(도 1∼도 4 참조)와 크게 상이한 점은, 제1 자석(22)을 유지하는 제1 판형 부재(51A∼51D)의 구조이다. 비접촉식 동력 전달 장치(3A)는, 도시하지 않은 제1 원판형 부재의 회전 시에, 제1 자석(22)을 유지하는 제1 판형 부재(51A∼51D)에 관한 원심력(遠心力)을 고려한 구조로 되어 있다.

비접촉식 동력 전달 장치(3A)는, 제1 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3)와 마찬가지로, 도시하지 않은 구동측의 제1 부재와, 종동측의 제2 부재(2A)로 구성되어 있다. 제1 부재는, 제1 회전축(10)과, 제1 원판형 부재(20)와 마찬가지의 형상을 가지고, 제1 회전축(10)이 연결된 도시하지 않은 제1 원판형 부재와, 4개의 제1 판형 부재(51A∼51D)와, 제1 판형 부재(51A∼51D)의 각각에 설치된 제1 자석(22)을 구비하고 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 원판형 부재(20)의 주면(20s)에 상당하는, 도시하지 않은 제1 원판형 부재의 주면의 중앙부에, 지지부 본체(50A)가 설치되어 있다. 이 지지부 본체(50A)는, 제1 자석(22)을 유지하는 4개의 제1 판형 부재(51A∼51D)를 지지하고 있다. 도 5의 예에서는, 제1 판형 부재(51A∼51D)에서의 비접촉식 동력 전달 장치(3A)의 회전 중심에 가까운 측의 단부 부근이, 지지부 본체(50A)에 연결되어 있다. 제1 판형 부재(51A∼51D)는, 제1 회전축(10)을 중심으로 하는 방사선 방향을 따르도록 배치되어 있다.

한편, 제2 부재(2A)는, 제2 회전축(30)과, 제2 회전축(30)이 연결된 제2 원판형 부재(70)와, 4개의 제2 판형 부재(71A∼71D)와, 제2 판형 부재(71A∼71D)의 각각에 설치된 제2 자석(42)을 구비하고 있다.

제2 부재(2A)는, 제2 원판형 부재(70)의 주면(70s)의 외주부 근방에 상기 주면(70s)으로부터 수직 방향으로 연장되도록 설치된 제1 원통부(70c1), 제2 원통부(70c2)를 가진다. 4개의 제2 판형 부재(71A∼71D)는 각각, 제2 원판형 부재(70)의 주면(70s) 또한 제1 원통부(70c1)의 내주면에 고정되어 있다. 4개의 제2 판형 부재(71A∼71D)는, 제2 회전축(30)을 중심으로 하는 방사선 방향을 따르도록 배치되어 있다. 제2 판형 부재(71A∼71D)의 외주측의 단부를 제1 원통부(70c1)의 내주면에 고정시킴으로써, 제2 판형 부재(71A∼71D)에 관한 원심력에 저항할 수 있다.

또한, 제1 원통부(70c1)의 외측에, 제2 원통부(70c2)가 배치되어 있다. 제1 원통부(70c1)의 외주면은, 제2 원통부(70c2)의 내주면과 밀접하게 있다. 제2 원통부(70c2)를 사용하여 제1 원통부(70c1)를 보조함으로써, 제2 판형 부재(71)에 관한 원심력에 대한 항력을 보강하고, 더욱 확실하게 제2 판형 부재(71)에 관한 원심력에 대한 항력을 확보할 수 있다. 그리고, 일례로서 제1 원통부(70c1)에는, 제2 판형 부재(71)가 고정되므로, 스테인레스 등의 금속이 사용되고, 제2 원통부(70c2)에는, 탄소 섬유 등의 경량이며 또한 고강도의 소재가 사용된다.

제1 자석(22)은, 제1 판형 부재(51A∼51D)의 제1 회전축(10)으로부터 먼 쪽에 배치되어 있다. 비접촉식 동력 전달 장치(3A)의 도시하지 않은 제1 원판형 부재가 회전했을 때, 제1 판형 부재(51A∼51D)에 유지된 제1 자석(22)과, 제2 판형 부재(71A∼71D)에 유지된 제2 자석(42)이 대향하여 접근한다.

도 6은, 자석을 유지하는 판형 부재의 설명도로서, 도 6의 A는 제1 판형 부재(51A)의 B―B선에서 본 도면, 도 6의 B는 제2 판형 부재(71A)의 C―C선에서 본 도면이다.

도 7은, 제1 판형 부재(51A)와 환형 보강 부재(60)의 설명도로서, 도 7의 A는 제1 판형 부재(51A)의 평면도, 도 7의 B는 환형 보강 부재(60)의 평면도이다.

도 8은, 지지부 본체(50A)의 지지부(54)와 제1 판형 부재(51A)의 분해도이다.

이하, 제1 판형 부재(51A∼51D)는 동일한 구성이므로, 제1 판형 부재(51A)를 예로 들어 설명한다.

도 6의 A 및 도 7의 A에 나타낸 바와 같이, 제1 판형 부재(51A)의 정면에서 볼 때는, 타원형 또는 타원형이며, 제1 회전축(10)에 대하여 수직(보다 정확하게는 스프링 위치)에 관통공(51h)이 형성되어 있다. 이 관통공(51h)에 고정 부재(61)의 삽통부(揷通部)(61b)(도 8 참조)가 삽통된다. 또한, 제1 판형 부재(51A)에는, 상기 관통공(51h)보다 제1 회전축(10)으로부터 먼 쪽에 제1 자석(22)이 끼워져 장착되는 환형 홈(51d)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 판형 부재(51A)의 관통공(51h)에 지지부 본체(50A)의 지지부(54)에 설치된 삽통부(61b)가 삽통된 상태로, 제1 판형 부재(51A)의 외주에, 적어도 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 파라계 전방향족(全芳香族) 폴리아미드 섬유[예를 들면, 케브라(등록상표)]를 수지로 굳힌 복합 재료로 이루어지는 무단상(無端狀)의 환형 보강 부재(60)가 권취된다. 본 실시형태에서는, 접착제를 사용하여 환형 보강 부재(60)를 제1 판형 부재(51A)에 고착한다.

무단상의 환형 보강 부재(60)의 다른 예로서, 상기한 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유 중 2 이상을 혼합한 재료와 수지와의 복합 재료로 구성해도 된다. 또는, 예시한 3개의 재료 중 적어도 1 이상의 재료와 이 3개의 재료 이외의 재료를 혼합시켜도 된다.

또한, 관통공(51h)의 일부에, 상기 관통공(51h)의 축 방향을 따라 홈(51c)이 형성되어 있는 동시에, 삽통부(61b)의 축 방향을 따라 홈(61c)이 형성되어 있다. 제1 판형 부재(51A)의 관통공(51h)에 지지부(54)의 삽통부(61b)가 삽통된 상태로, 관통공(51h)의 홈(51c)과 삽통부(61b)의 홈(61c)에 의해 형성되는 공간부에, 이 공간부에 대응하는 형상의 회동(回動) 방지 부재(62)가 삽입된다. 이로써, 제1 판형 부재(51A)가 삽통부(61b)를 중심으로 회동하는 것이 방지된다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 고정 부재(61)는, 걸림부(61a)와, 이 걸림부(61a)의 하나의 면에 형성된 상기 걸림부(61a)의 외형 치수보다 작은 직경을 가지는 직원주형(直圓柱形)의 삽통부(61b)와, 홈(61c)을 가진다. 또한, 지지부 본체(50A)의 하나의 측면으로부터 돌출되어 형성된 지지부(54)에는, 깊은 홈부(55)가 형성되어 있다. 홈부(55)의 폭은, 제1 판형 부재(51A)의 두께와 대략 같다. 또한, 홈부(55)의 양측에 위치하는 지지 부재(54a, 54b)에는 각각, 제1 회전축(10)에 대하여 수직[보다 정확하게는 비틀림(twisted)의 위치]에 관통공(56a, 56b)이 형성되어 있다.

먼저, 환형 보강 부재(60)가 권취된 제1 판형 부재(51A)의 관통공(51h)이 형성된 측을, 지지부 본체(50A)에 형성된 지지부(54)의 홈부(55)에 삽입한다. 그리고, 고정 부재(61)의 삽통부(61b)를, 지지 부재(54a)의 관통공(56a), 제1 판형 부재(51A)의 관통공(51h) 및 지지 부재(54b)의 관통공(56b)에 삽통한다. 그리고, 고정 부재(61)의 반대측으로부터, 회동 방지 부재(62)를 관통공(51h)의 홈(51c)과 삽통부(61b)의 홈(61c)에 의해 형성되는 공간부에 삽입한다. 그 후, 나사(64a, 64b)에 의해 고정 부재(61)의 걸림부(61a)를 지지부(54)의 지지 부재(54a)에 고정시킨다. 마찬가지로, 고정 부재(63)를 지지부(54)의 지지 부재(54b)와 삽통부(61b)의 단부에 강하게 누른 상태에서, 나사(65a, 65b)에 의해 고정 부재(63)와 삽통부(61b)를 고정시키고, 나사(66a, 66b)에 의해 고정 부재(63)와 지지 부재(54b)를 고정시킨다.

본 실시형태에 의하면, 제1 자석(22)을 유지하는 제1 판형 부재(51)의 관통공(51h)에, 지지부 본체(50A)에 고정되는 고정 부재(61)의 삽통부(61b)를 삽통하고, 제1 판형 부재(51)의 외주에 환형 보강 부재(60)를 권취하는 구성으로 하였다. 이와 같이 큰 직경을 가지는 삽통부(61b)를 사용하여 제1 자석(22)을 유지하는 제1 판형 부재(51)를 지지함으로써, 제1 판형 부재(51)에 관한 원심력에 대한 항력을 확보한다. 또한 환형 보강 부재(60)를 사용하여 삽통부(61b)를 보조함으로써, 제1 판형 부재(51)에 관한 원심력에 대한 항력을 보강하여, 더욱 확실하게 제1 판형 부재(51)에 관한 원심력에 대한 항력을 확보할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는, 회동 방지 부재(62)를 사용하였지만, 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 판형 부재(51A)의 관통공(51h) 또는 고정 부재(61)의 삽통부(61b)에 축 방향을 따라, 삽통부(61b)의 홈(61c) 또는 관통공(51h)의 홈(51c)에 대응하는 볼록부를 형성함으로써, 제1 판형 부재(51A)의 삽통부(61b)를 중심으로 하는 회동을 방지할 수 있다. 또는, 삽통부(61b)의 홈(61c) 또는 관통공(51h)의 홈(51c)에 상기한 볼록부를 형성하는 대신에, 삽통부(61b)의 단면 형상을 다각형으로 하고, 관통공(51h)을 그 다각형에 대응하는 형상으로 형성해도 된다.

도 9는, 제1 판형 부재(51A)와 제2 판형 부재(71A)의 주요부의 확대도이다.

제1 자석(22)과 제2 자석(42)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(22)의 제2 자석(42)과 대향하는 면과 제2 자석(42)의 제1 자석(22)과 대향하는 면이 평행하게 되도록, 제2 판형 부재(71A)에 테이퍼가 형성되어 있다. 도 9의 예에서는, 제2 판형 부재(71A)의 제1 판형 부재(51A)와 대향하고 있는 면과 그 반대측의 면에 각각, 각도 θ의 테이퍼가 형성되어 있다. 이로써, 제2 판형 부재(71A)의 직경에 수직인 방향의 폭은, 제2 회전축(30)(도 3 참조)에 가까울수록 작아지게 되어 있다.

그리고, 제1 판형 부재(51A)의 환형 홈(51d)에 끼워져 장착된 제1 자석(22) 위로부터, 커버(52)가 덮힌다. 제2 판형 부재(71A)의 환형 홈(71d)에 끼워져 장착된 제2 자석(42) 위로부터, 커버(72)가 덮힌다.

이와 같이, 제2 판형 부재(71A)에 테이퍼를 형성함으로써, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(22)의 제2 자석(42)과 대향하는 면과 제2 자석(42)의 제1 자석(22)과 대향하는 면이 평행하게 된다. 또한, 제2 판형 부재(71A)의 양면에 테이퍼를 형성하는 것에 의해, 도시하지 않은 제1 원판형 부재가 시계 회전 또는 반시계 회전 중 어느 방향으로 회전한 경우라도, 제1 자석(22)과 제2 자석(42)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(22)의 제2 자석(42)과 대향하는 면과 제2 자석(42)의 제1 자석(22)과 대향하는 면이 평행하게 된다.

도시하지 않은 제1 원판형 부재가 시계 회전 또는 반시계 회전 중 어느 방향으로도 회전 가능하게 구성한 경우에는, 예를 들면, 커버(52) 및 커버(72), 또한 제1 판형 부재(51) 및 제2 판형 부재(71)를 비자성재(非磁性材)로 형성해도 된다.

<3. 제3 실시형태>

이하, 제3 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치에 대하여 설명한다.

도 10은, 비접촉식 동력 전달 장치(3B)를 설명하기 위한 개략 평면도이다.

도 11은, 도 10에 나타낸 제1 판형 부재(81A)의 평면도이다.

도 10에 나타낸 비접촉식 동력 전달 장치(3B)와, 제2 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3A)와 상이한 점은, 제1 자석(22)을 유지하고 있는 제1 판형 부재(81A∼81D)를 지지부 본체(80A)에 지지하는 수단이다. 본 실시형태에서는, 환형 보강 부재(60)를 이용하지 않고, 제1 판형 부재(81A∼81D)를 지지부 본체(80A)에 지지하는 구성으로 하고 있다.

비접촉식 동력 전달 장치(3B)는, 제2 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(3A)와 마찬가지로, 도시하지 않은 구동측의 제1 부재와, 종동측의 제2 부재(2B)로 구성되어 있다. 제1 부재는, 제1 회전축(10)과, 제1 원판형 부재(20)와, 마찬가지의 형상을 가지고, 제1 회전축(10)이 연결된 도시하지 않은 제1 원판형 부재와, 4개의 제1 판형 부재(81A∼81D)와, 제1 판형 부재(81A∼81D)의 각각에 설치된 제1 자석(22)을 구비하고 있다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 원판형 부재(20)의 주면(20s)에 상당하는, 도시하지 않은 제1 원판형 부재의 주면의 중앙부에, 지지부 본체(80A)가 설치되어 있다. 이 지지부 본체(80A)는, 제1 자석(22)을 유지하는 4개의 제1 판형 부재(81A∼81D)를 지지하고 있다. 도 10의 예에서는, 제1 판형 부재(81A∼81D)에서의 비접촉식 동력 전달 장치(3B)의 회전 중심에 가까운 측의 단부 부근이, 지지부 본체(80A)에 연결되어 있다. 제1 판형 부재(81A∼81D)는, 제1 회전축(10)을 중심으로 하는 방사선 방향을 따르도록 배치되어 있다. 지지부 본체(80A)의 하나의 측면으로부터 돌출되어 형성된 지지부(84)에는, 깊은 홈부(85)가 형성되어 있다. 또한, 홈부(85)의 양측에 위치하는 지지 부재(84a, 84b)에는 각각, 제1 회전축(10)에 대하여 수직으로 도시하지 않은 관통공 또는 나사공이 형성되어 있다.

이하, 제1 판형 부재(81A∼81D)는 동일한 구성이므로, 제1 판형 부재(81A)를 예로 설명한다.

제1 판형 부재(81A)의 정면에서 볼 때는, 직사각형이며, 제1 판형 부재(81A)에는, 제1 회전축(10)으로부터 먼 쪽에 제1 자석(22)이 끼워져 장착되는 환형 홈(51d)이 형성되어 있다. 제1 판형 부재(81A)의 형상은, 타원형 또는 타원형이라도 된다. 또한, 제1 판형 부재(81A)의 표면의 지지부 본체(80A)에 가까운 부분에는, 예를 들면, 4개의 나사공(82)이 형성되어 있다. 마찬가지로 이면(裏面)에도 4개의 나사공(82)이 형성되어 있다. 그리고, 나사(86)를 사용하여 제1 판형 부재(81A)를 지지부(84)의 지지 부재(84a)에 고정시킨다. 마찬가지로, 나사(87)를 사용하여 제1 판형 부재(81A)를 지지부(84)의 지지 부재(84b)에 고정시킨다.

본 실시형태에 의하면, 환형 보강 부재(60)를 이용하지 않고, 나사(86, 87)를 사용하여 제1 판형 부재(81A)를 지지부 본체(80A)에 고정하고 있다. 이와 같이, 간단한 구성으로, 지지부 본체(80A)가 제1 판형 부재(81A)를 지지할 수 있다.

<4. 제4 실시형태>

종래, 모터의 회전축이나 엔진의 회전축을 구동축으로 하여, 그 구동축의 축선 상에 종동축을 설치하여 동력을 전달하는 것이 행해지고 있다. 이 구동축과 종동축은, 허브(hub)라는 부재에 장착된 고무, 수지 또는 금속을 통하여 연결되어 있다. 일반적인 연결용의 부품으로서는, 고무, 수지 커플링 및 금속 커플링 등이 알려져 있다.

상기한 바와 같이, 일반적으로 구동축에 장착된 허브와 종동축에 장착된 허브의 사이에, 고무, 수지 또는 금속이 연결용의 부품(동력 전달 매체)으로서 설치되어 있다. 그러나, 동력 전달 시에 구동측의 부재와 종동측의 부재와의 연결 부위에 있어서, 종동축과 구동축의 축선이 평행하게 어긋나 있는 것이나, 구동축과 종동축이 각도를 가지고 어긋나 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 허브와 동력 전달 매체의 장착 부위에 비틀림이나 마찰 등에 기인하는 동력 손실, 진동 등이 발생하고, 구동축의 동력을 종동측에 효율적으로 전달할 수 없다.

그래서, 제4 실시형태로서, 구동측으로부터 종동측으로 동력을 전달할 때, 고무, 수지 또는 금속을 통하지 않는 방법으로서, 구동축 측과 종동축 측의 허브의 각각에 자석을 장착하는 구성을 예시한다. 제1 ∼제3 실시형태와 마찬가지로, 구동축 측과 종동축 측에 장착된 마주하는 자석의 극을 동극으로 하여, 자력의 반력을 활용한다. 이 반력이 종래의 고무, 수지 또는 금속 대신에 구동측으로부터 종동측으로 동력을 전달하는 매체로서 작용한다.

[비접촉식 동력 전달 장치의 구성]

이하, 본 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치의 구성을 설명한다.

도 12는, 본 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(100)의 분해사시도이다.

도 13은, 도 12의 비접촉식 동력 전달 장치(100)를 조립한 상태의 사시도이다.

도 12 및 도 13에 나타낸 비접촉식 동력 전달 장치(100)는, 구동측의 제1 부재(101)와 종동측의 제2 부재(102)로 구성되어 있다.

(제1 부재의 구성)

제1 부재(101)는, 제1 회전축(103)과, 제1 회전 부재(110)와, 제1 회전 부재(110)에 수납된 후술하는 제1 자석(115a∼115d)(도 16의 A 참조)를 구비하고 있다.

제1 회전축(103)의 한쪽의 단부는, 예를 들면, 전동기(104)의 회전축과 접속되어 있고, 제1 회전축(103)의 다른 쪽의 단부는, 제1 회전 부재(110)의 중앙부에 고정되어 있다. 전동기(104)가 구동하여 제1 회전축(103)이 회전하면, 제1 회전축(103)을 따라 제1 회전 부재(110)가 회전한다.

제1 회전 부재(110)는, 원판형 또는 원기둥형의 제1 회전 부재 본체(111)를 구비한다. 제1 회전 부재 본체(111)의 제2 회전 부재(120)와 대향하는 면(111s)(도 16의 A 참조)에는, 제1 유지부(112A, 112B)가 제1 회전축(103)에 평행한 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 제1 유지부(112A, 112B)는, 제1 회전 부재 본체(111)의 제2 회전 부재(120)와 대향하는 면의 외주를 따르도록 형성되어 있다. 또한, 제1 유지부(112A, 112B)는, 180°의 간격으로 배치되어 있고, 대향하고 있다. 제1 유지부(112A, 112B)의 사이에는, 공극부(空隙部)(113a, 113b)가 형성되어 있다.

도 14는, 비접촉식 동력 전달 장치(100)의 제1 회전 부재(110)의 설명도로서, 도 14의 A는 제1 회전 부재(110)의 E―E선의 반단면도, 도 14의 B는 제1 회전 부재(110)의 D―D선의 반단면도이다.

제1 회전 부재 본체(111)에는, 제1 회전축(103)이 축통(軸通)되는 축공(軸孔)(111h)이 형성되어 있다. 또한 제1 회전 부재 본체(111)에는, 4개의 나사공(114)이 90°의 간격으로 형성되어 있다. 이 4개의 나사공(114)은, 제1 회전 부재 본체(111)의 외주면으로부터 축공(111h)을 향해 형성되고, 축공(111h)과 연결되어 있다. 제1 회전 부재 본체(111)의 축공(111h)에 제1 회전축(103)이 삽통된 상태로 4개의 나사공(114)의 각각에 나사를 나사결합한다. 각 나사의 선단을 제1 회전축(103)과 맞닿게 하여 제1 회전축(103)을 거는 것에 의해, 제1 회전 부재 본체(111)에 제1 회전축(103)이 고정된다.

(제2 부재의 구성)

제2 부재(102)는, 제2 회전축(105)과, 제2 회전 부재(120)와, 제2 회전 부재(120)에 수납된 후술하는 제2 자석(125a∼125d)(도 16의 B 참조)을 구비하고 있다.

제2 회전축(105)의 한쪽의 단부는, 제2 회전 부재(120)의 중앙부에 고정되어 있고, 제2 회전축(105)의 다른 쪽의 단부는, 도시하지 않은 동력을 전달하는 대상의 물체와 접속되어 있다. 전동기(104)가 구동하여 제1 회전축(103)이 회전하면, 제1 회전축(103)을 따라 제1 회전 부재(110)가 회전한다.

제2 회전 부재(120)의 기본적인 구성은, 제1 회전 부재(110)와 같다. 제2 회전 부재(120)는, 원판형 또는 원기둥형의 제2 회전 부재 본체(121)를 구비한다. 제2 회전 부재 본체(121)의 제1 회전 부재(110)와 대향하는 면(121s)(도 16의 A 참조)에는, 제2 유지부(122A, 122b)가 제2 회전축(105)에 평행한 방향으로 돌출되어 있다. 또한, 제2 유지부(122A, 122b)는, 제2 회전 부재 본체(121)의 제1 회전 부재(110)와 대향하는 면의 외주를 따르도록 형성되어 있다. 또한, 제2 유지부(122A, 122b)는, 180°의 간격으로 배치되어 있고, 대향하고 있다. 제2 유지부(122A, 122b)의 사이에는, 공극부(123a, 123b)가 형성되어 있다.

도 15는, 비접촉식 동력 전달 장치(100)의 제2 회전 부재(120)의 설명도로서, 도 15의 A는 제2 회전 부재(120)의 G―G선의 반단면도, 도 15의 B는 도 15의 A의 제2 회전 부재(120)의 측면도이다.

제2 회전 부재 본체(121)에는, 제2 회전축(105)이 축통되는 축공(121h)이 형성되어 있다. 또한 제2 회전 부재 본체(121)에는, 4개의 나사공(124)이 90°의 간격으로 형성되어 있다. 이 4개의 나사공(124)은, 제2 회전 부재 본체(121)의 외주면으로부터 축공(121h)을 향해 형성되고, 축공(121h)과 연결되어 있다. 제2 회전 부재 본체(121)의 축공(121h)에 제2 회전축(105)이 삽통된 상태에서 4개의 나사공(124)의 각각에 나사를 나사결합된다. 각 나사에 의해 제2 회전축(105)을 거는 것에 의해, 제2 회전 부재 본체(121)에 제2 회전축(105)이 고정된다.

제1 회전 부재(110)와 제1 회전축(103) 및 제2 회전 부재(120)와 제2 회전축(105)을 고정시키는 수단은, 도 14 및 도 15에 나타낸 예에 한정되지 않고, 각종 주지의 기술을 이용할 수 있다.

제1 회전 부재(110)의 제1 유지부(112A, 112B)가, 제2 회전 부재(120)의 공극부(123a, 123b)에 삽입되고, 제2 회전 부재(120)의 제2 유지부(122A, 122b)가, 제1 회전 부재(110)의 공극부(113a, 113b)에 삽입됨으로써, 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120)가 조합된다. 즉, 제1 부재(101)와 제2 부재(102)가 연결된다(도 13).

도 16은, 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120)의 설명도로서, 도 16의 A는 제1 회전 부재(110)의 F―F선에서 본 도면, 도 16의 B는 제2 회전 부재(120)의 H―H선에서 본 도면이다.

도 16의 A에 나타낸 바와 같이, 제1 회전 부재(110)의 제1 유지부(112A)에는, 제1 자석(115a, 115d)이 유지되고, 제1 유지부(112B)에는, 제1 자석(115b, 115c)가 유지되어 있다. 이하, 제1 자석(115a∼115d)을 구별하지 않는 경우에는, 「제1 자석(115)」이라고 한다.

제1 유지부(112A, 112B)는 각각, 제1 회전 부재 본체(111)의 면(111s)에 수직으로서 직경 방향으로 평행한 2개의 면을 가진다. 이 제1 유지부(112A)의 2개의 면에 구멍 부분(116a, 116d)이 형성되어 있다. 또한 제1 유지부(112B)의 2개의 면에 구멍 부분(116b, 116c)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 유지부(112A)에 형성된 구멍 부분(116a, 116d)에 제1 자석(115a, 115d)이 끼워져 장착되고, 접착제에 의해 제1 자석(115a, 115d)이 제1 유지부(112A)에 고착(유지)된다. 동일하게 하여, 제1 자석(115c, 115b)가, 접착제에 의해 제1 유지부(112B)에 고착(유지)된다. 이하, 구멍 부분(116a∼116d)을 구별하지 않는 경우에는, 「구멍 부분(116)」이라고 한다.

한편, 도 16의 B에 나타낸 바와 같이, 제2 회전 부재(120)의 제2 유지부(122A)에는, 제2 자석(125a, 125b)이 유지되고, 제2 유지부(122B)에는, 제2 자석(125d, 125c)이 유지되어 있다. 도 16의 B에 나타낸 제2 회전 부재(120)는, 설명의 편의 상, 도 15의 A의 제2 회전 부재(120)를 좌측으로 90° 회전시킨 상태로 하고 있다. 이하, 제2 자석(125a∼125d)을 구별하지 않는 경우에는, 「제2 자석(125)」이라고 한다.

제2 유지부(122A, 122b)는 각각, 제2 회전 부재 본체(121)의 면(121s)에 수직으로서 직경 방향으로 평행한 2개의 면을 가진다. 이 제2 유지부(122A)의 2개의 면에 구멍 부분(126a, 126b)이 형성되어 있다. 또한 제2 유지부(122B)의 2개의 면에 구멍 부분(126d, 126c)이 형성되어 있다. 그리고, 제2 유지부(122A)에 성형된 구멍 부분(126a, 126b)에 제2 자석(125a, 125b)이 끼워져 장착되고, 접착제에 의해 제2 자석(125a, 125b)이 제2 유지부(122A)에 고착(유지)된다. 동일하게 하여, 제2 자석(125d, 125c)이, 접착제에 의해 제2 유지부(122B)에 고착(유지)된다. 이하, 구멍 부분(126a∼126d)을 구별하지 않는 경우에는, 「구멍 부분(126)」이라고 한다.

도 17은, 제1 회전 부재(110)에 설치된 제1 자석과, 제2 회전 부재(120)에 설치된 제2 자석의 위치 관계를 나타낸 설명도이다. 이 도 17은, 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120)가 조합된 상태(도 13)의 I―I선에서 본 도면이다.

제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120)가 조합된 상태에서, 도 1의 예와 마찬가지로, 제1 회전 부재(110)의 제1 자석(115a)과 제2 회전 부재(120)의 제2 자석(125a)이 대향하고 있다. 또한 제1 자석(115b)과 제2 자석(125b), 제1 자석(115c)과 제2 자석(125c), 제1 자석(115d)과 제2 자석(125d)이 각각 대향하고 있다. 즉, 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120)는, 4개의 제1 자석(115)과 대응하는 4개의 제2 자석(125)이 90°의 간격을 두고 대향하고 있다.

제1 자석(115)과 제2 자석(125)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(115)과 제2 자석(125)의 대향하는 면이 대략 평행하게, 제1 자석(115) 및 제2 자석(125)이 제1 회전 부재(110) 및 제2 회전 부재(120)에 유지되어 있는 것이 바람직하다. 일례로서, 도 9에 예시한 테이퍼를 형성하는 기술을, 제1 유지부(121A, 121B)와 제2 유지부(122A, 122b)에 적용해도 된다.

비접촉식 동력 전달 장치(100)에서는, 제1 자석(115)의 제2 자석(125)과 대향하는 측의 자극과, 제2 자석(125)의 제1 자석(115)과 대향하는 측의 자극이, 동극으로 되도록 배치되어 있다. 도 17에서는, 각 자석의 S극끼리가 대향하고 있다. 제1 자석(115) 및 제2 자석(125)에는, 일례로서 영구 자석이 사용된다. 그리고, 제1 자석(115) 및 제2 자석(125)의 형상은, 환형 외에, 예를 들면, 원형, 원기둥, 사각형 등이라도 된다.

이와 같은 구성에 있어서, 전동기(104)가 구동하여 제1 부재(101)의 제1 회전축(103)에 동력(회전 토크)을 부여하여 제1 회전 부재(110)를 회전시킨다. 그리고, 제1 회전 부재(110)의 제1 자석(115)과 제2 회전 부재(120)의 제2 자석(125)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(115)과 제2 자석(125)과의 사이에 반발력이 생긴다. 이로써, 제1 ∼제3 실시형태와 마찬가지로, 제2 자석(125)을 유지하는 제2 회전 부재(120)에, 제1 회전 부재(110)의 회전 방향과 같은 방향으로의 힘이 작용한다. 그 결과, 제2 회전 부재(120)와 연결된 제2 회전축(105)이 회전한다. 이와 같이 하여, 제1 부재(1)의 동력(회전 토크)이, 자기를 이용하여 비접촉으로 제2 부재(2)에 전달된다.

본 실시형태는, 제1 ∼제3 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 제1 회전축(103)(구동축)에 장착된 제1 회전 부재(110)와, 제2 회전축(105)(종동축)에 장착된 제2 회전 부재(120)가, 고무, 수지 또는 금속 등의 연결용의 부품을 통하지 않고, 비접촉으로 결합된다. 그 결과, 연결되는 제1 회전 부재(110)와 제2 회전 부재(120) 사이에는, 마찰이나 진동이 발생하지 않고, 구동축으로부터 종동축에 동력이 효율적으로 전달된다.

그리고, 본 실시형태에서는, 제1 회전 부재(110)가, 제1 자석을 유지하는 제1 유지부를 2개 구비하는 구성으로 하였으나, 1 또는 3 이상이라도 된다. 예를 들면, 제1 회전 부재(110)에 3개의 제1 유지부를 설치하는 경우에는, 120°의 간격으로 배치한다. 마찬가지로, 제2 회전 부재(120)의 제2 유지부를, 1 또는 3 이상으로 해도 된다.

또한, 제1 회전 부재(110)는, 제1 회전 부재 본체(111)와 제1 유지부(112A, 112B)를 별개로 하고, 제1 유지부(112A, 112B)를 주지의 수단에 의해 제1 회전 부재 본체(111)에 고정시키는 구성으로 해도 된다. 제2 회전 부재(120)에 대해서도 마찬가지이다.

[제4 실시형태의 제1 변형예]

도 18은, 제4 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(100)의 제1 변형예를 나타낸 설명도이다.

비접촉식 동력 전달 장치(100)(도 16의 A)는, 제1 자석(115)을 제1 회전 부재(110)의 제1 유지부(112A, 112B)의 구멍 부분(116)에 수납하고 있었다. 한편, 제1 변형예에 관한 제1 회전 부재(110A)에서는, 제1 회전 부재(110)의 제1 유지부(112A, 112B)의 구멍 부분(116)을 없애고, 제1 자석(115)을 제1 유지부(112A, 112B)의 표면에 유지한다. 예를 들면, 접착제를 사용하여, 제1 자석(115)을 제1 유지부(112A, 112B)의 표면에 고정시킨다. 제2 회전 부재에 대해서도 마찬가지로, 제2 자석(125)을 제2 유지부(122A, 122b)의 표면에 유지한다.

[제4 실시형태의 제2 변형예]

도 19는, 제4 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치(100)의 제2 변형예를 나타낸 설명도이다.

제2 변형예에 관한 제1 회전 부재(130)는, 제1 회전 부재 본체(131)의 주면(131s)에, 제1 회전 부재(110)의 제1 유지부(112A, 112B)와 같은 형상, 또한 자석으로 구성된 볼록부가 형성되어 있다. 즉, 이 볼록부는 제1 자석(132A, 132b)이다. 제1 회전 부재 본체(131)는 제1 자석(132A, 132b)와 일체로 구성되어 있다. 또한 제1 회전 부재(130)와 대응하는 도시하지 않은 제2 회전 부재는, 마찬가지로 제2 회전 부재 본체와 일체로 구성된 제2 자석(142A, 142b)을 가지고 있다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 제1 자석(132A, 132b)의 제2 자석(142A, 142b)과 대향하는 측의 자극과, 제2 자석(142A, 142b)의 제1 자석(132A, 132b)과 대향하는 측의 자극이, 동극으로 되도록 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 제1 회전 부재(130)의 제1 자석(132A, 132b)와 제2 회전 부재의 제2 자석(142A, 142b)이 접근하여 대향했을 때, 제1 자석(132A, 132b)와 제2 자석(142A, 142b)와의 사이에 반발력이 생긴다. 이것을 이용함으로써, 제1 ∼제4 실시형태와 마찬가지로, 제1 자석(132A, 132b)을 가지는 제1 부재의 동력(회전 토크)이, 제2 자석(142A, 142b)을 가지는 제2 부재에 자기를 이용하여 비접촉으로 전달된다.

그리고, 제1 자석(132A, 132b) 및 제2 자석(142A, 142b)의 자극을 분극(分極)하는 수단으로서, 영구 자석을 사용할 수 있다. 또는 영구 자석 대신에 전자석을 이용해도 된다.

그리고, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 기재하고 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 다른 변형예, 응용예를 포함한다.

예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해, 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시형태 예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한 어떤 실시예의 구성에 다른 실시형태예의 구성을 가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·치환, 삭제를 행할 수 있다.

예를 들면, 전술한 제1 ∼제4 실시형태에서는, 제1 부재를 구동측 및 제2 부재를 종동측으로서 설명하였으나, 제2 부재를 구동측 및 제1 부재를 종동측으로 해도 된다.

또한, 제1 ∼제3 실시형태에 관한 비접촉식 동력 전달 장치를 전력 저장 장치에 적용하는 경우에는, 진공 용기와 제1 회전축(또는 제2 회전축)과의 간극을, 자기 유체를 사용하여 밀봉하는 것이 바람직하다.

1…제1 부재, 2…제2 부재, 3, 3A, 3B…비접촉식 동력 전달 장치, 10…제1 회전축, 20…제1 원판형 부재, 20s…주면, 21A∼21D…제1 판형 부재(제1 판형 부재), 22…제1 자석(제1 자석), 30…제2 회전축, 40…제2 원판형 부재, 40s…주면, 41A∼41D…제2 판형 부재(제2 판형 부재), 42…제2 자석(제2 자석), 50A…지지부 본체, 51A∼51D…판형 부재(제1 판형 부재), 51c…홈, 51d…환형 홈, 51h…관통공, 52…커버, 54…지지부, 54a, 54b…지지 부재, 55…홈부, 56a, 56b…관통공, 60…환형 보강 부재, 61…고정 부재, 61a…걸림부, 61b…삽통부, 61c…홈, 62…회동 방지 부재, 63…고정 부재, 70…제2 원판형 부재, 70C1…제1 원통부, 70C2…제2 원통부, 70s…주면, 71A∼71D…판형 부재(제2 판형 부재), 71d…환형 홈, 72…커버, 74a, 74b…테이퍼부, 80A…지지부 본체, 81A∼81D…판형 부재(제2 판형 부재), 84…지지부, 84a, 84b…지지 부재, 85…홈부, 100…비접촉식 동력 전달 장치, 101…제1 부재, 102…제2 부재, 103…제1 회전축, 105…제2 회전축, 110, 110A…제1 회전 부재, 111…제1 회전 부재 본체, 112A, 112B…제1 유지부, 113a, 113b…공극부, 115a∼115d…제1 자석, 120…제2 회전 부재, 121…제2 회전 부재 본체, 122A, 122B…제2 유지부, 123a, 123b…공극부, 125a∼125d…제2 자석, 130…제1 회전 부재, 131…제1 회전 부재 본체, 132A, 132B…제1 자석, 142A, 141B…제2 자석

Claims

회전 구동하는 제1 회전축과,
상기 제1 회전축과 연결되어 회전하는 제1 원판형 부재와,
상기 제1 원판형 부재의 상기 제1 회전축이 연결되어 있는 면과는 반대측의 면인 주면에 설치되고, 주면에 대하여 수직인 면을 가지는 제1 판형 부재와,
상기 제1 판형 부재의 상기 수직인 면에 설치된 제1 자석
을 구비한 제1 부재;
회전 구동하는 제2 회전축과,
상기 제1 원판형 부재와 대향하도록 설치되고, 상기 제2 회전축과 연결되어 회전하는 제2 원판형 부재와,
상기 제2 원판형 부재의 상기 제2 회전축이 연결되어 있는 면과는 반대측의 면인 주면에 설치되고, 주면에 대하여 수직인 면을 가지는 제2 판형 부재와,
상기 제2 판형 부재의 상기 수직인 면에 설치된 제2 자석
을 구비한 제2 부재; 및
상기 제1 원판형 부재의 주면의 중앙부에 설치된, 상기 제1 판형 부재를 지지하는 지지부 본체
를 포함하고,
상기 제1 판형 부재의 상기 제1 회전축에 가까운 쪽의 단부(端部) 부근이 상기 지지부 본체와 연결되어 있음과 동시에, 상기 제1 판형 부재의 상기 제1 회전축에서 먼 쪽으로 상기 제1 자석이 배치되어 있고,
상기 제1 자석의 상기 제2 자석과 대향하는 측의 자극(磁極)과, 상기 제2 자석의 상기 제1 자석과 대향하는 측의 자극이 동극(同極)인,
비접촉식 동력 전달 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 부재의 상기 제1 회전축이 회전하고, 상기 제1 원판형 부재가 상기 제1 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제1 원판형 부재에 설치된 상기 제1 판형 부재의 상기 제1 자석과, 상기 제2 원판형 부재에 설치된 상기 제2 판형 부재의 상기 제2 자석이 접근하여 대향했을 때, 상기 제1 자석과 상기 제2 자석 사이에 반발력이 생기는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 판형 부재는, 상기 제1 회전축을 중심으로 하는 방사선 방향을 따라 배치되어 있고,
상기 제2 판형 부재는, 상기 제2 회전축을 중심으로 하는 방사선 방향을 따라 배치되어 있는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 자석과 상기 제2 자석이 접근하여 대향했을 때, 상기 제1 자석의 상기 제2 자석과 대향하는 면과, 상기 제2 자석의 상기 제1 자석과 대향하는 면이 평행하게 되도록, 상기 제2 판형 부재의 상기 제1 판형 부재와 대향하는 면에 테이퍼가 형성되어 있는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 판형 부재는, 상기 제1 회전축에 대하여 수직으로 형성된 관통공과, 상기 관통공보다 상기 제1 회전축으로부터 먼 쪽에 상기 제1 자석이 설치되고, 상기 관통공에 상기 지지부 본체에 고정되는 고정 부재의 삽통부(揷通部)가 삽통되고, 상기 제1 판형 부재의 외주에 환형(環形) 보강 부재가 권취되어 있는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제5항에 있어서,
상기 환형 보강 부재는 적어도 탄소 섬유, 유리 섬유, 또는 파라계 전방향족(全芳香族) 폴리아미드 섬유를 수지로 굳힌 복합 재료로 구성되는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 원판형 부재의 상기 주면의 외주부 근방에 상기 주면에서 수직 방향으로 설치된 제1 원통부를 추가로 구비하고,
상기 제2 판형 부재는 상기 제2 원판형 부재의 상기 주면 및 상기 제1 원통부의 내주면에 고정되어 있는, 비접촉식 동력 전달 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 원통부의 외측에 상기 제1 원통부의 외주면과 밀접해서 배치된 제2 원통부를 추가로 구비하는, 비접촉식 동력 전달 장치.