WO2007010780A1 - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

　 【課題】　円筒型同士で構成した磁気式直交型動力伝達機構では、磁気的な噛み合い部分が点となるため、伝達トルクが小さく、使用用途が限られていた。駆動トルクを強くし、伝達トルクを大きくした磁気式直交型非接触動力伝達機構並びに動力伝達装置を提供すること。 【解決】　一方が円筒型と他方が円盤型構造で直交型の磁気伝達機構とし、磁気的な噛み合い部分を線（稜線）による噛み合いにすることで、伝達トルクを大幅に強くし、更に磁気的な噛み合い部分を連続的に複数発生させる機構とすることで円滑な回転も可能となった。

Description

明 細 書

動力伝達機構

技術分野

[0001] 本発明は回転動力を伝達する部分に永久磁石の磁気的な嚙み合いを用い非接触 で動力伝達する動力伝達機構に関するものである。

背景技術

[0002] 従来から、 2本の回転軸の一方を駆動軸としもう一方を従動軸として、駆動軸から従 動軸へ動力を伝達する方法の一つとして、永久磁石の磁力を用いて非接触で動力 を伝達する非接触動力伝達機構は一般に知られて!/ヽる。

[0003] 例えば、図 14に示すように円盤の外周上に N極、 S極を交互に配置した 2本の磁気 歯車軸を直交する形で動力を伝達した構造のものが知られている。図に従って説明 する。図 14の第 2の磁気歯車 102が取り付けられた回転軸 103を駆動軸として駆動 した場合、第 2の磁気歯車 102の外周上の N極 104と、もう一方の回転軸 106に取り 付けられた第 1の磁気歯車 101の外周上に千鳥状に配置された 2つの S極 108a、 1 08bのうち、はじめの S極 108aとが吸引しあい、第 2の磁気歯車 102の回転による N 極 104の移動に従って、第 1の磁気歯車 101に千鳥状配置された 2つの S極より形成 される角度によって次の S極 108bとが吸引しあうことで第 1の磁気歯車 101が取り付 けられた回転軸 106が従動軸となって回転し、さらに駆動軸側に配置された次の S極 105が、従動軸側の千鳥状配置された 2つの N極 107a、 107bと吸引し合うことで連 続的に回転する。しかし、上記の方式は、磁力の吸引及び、反発作用による磁気的 な嚙み合い部分は点による嚙み合いとなっているため、駆動トルクが弱く又、伝達ト ルクの脈動も避けがたくスムーズな動力伝達が出来な 、などの欠点を有して 、る。又 、略軸形に構成した駆動磁気車と、略円錐形または略正多角錐に構成された従動磁 気車の軸心を直角もしくは斜めに交差した駆動装置が知られて 、る（特許文献 3参 照。；)。上記方式においても、駆動トルク不足や伝達トルクの脈動の問題は解決でき ていない。

[0004] 特許文献 1 :特開平 11 55932号公報 特許文献 2 :特開 2005— 114162号公報

特許文献 3：特許 2648565号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかし、上記の方式は、磁力の吸引及び、反発作用による磁気的な嚙み合い部分は 点による嚙み合いとなっているため、駆動トルクが弱く又、伝達トルクの脈動も避けが たくスムーズな動力伝達が出来ないなどの欠点を有している。このような現状に鑑み 、駆動トルクが強ぐ伝達トルクの脈動を抑えた非接触の動力伝達機構および動力伝 達装置を提供することを課題とする。又、特許文献 3では磁気的な嚙み合い部分が 線で構成された実施例も提案されているが、その構造力も回転時の回転ムラ (脈動） は避けられず、又、駆動側と従動側が限定された使い方しかでない等の多大の課題 を持っている。

課題を解決するための手段

[0006] 上記課題の解決のため本発明では、動力を伝達する磁気歯車の一方を、円盤状の 平面の一面に放射曲線状の永久磁石を配置した磁気円盤と、他方の磁気歯車を円 筒状の外周面に螺旋状にスキューを持たせて着磁させた永久磁石円筒として構成し た磁気円筒とを備え、該円筒の軸心が前記平面に略平行するように配置し、且つ非 接触状態として、この動力伝達の伝達源となる磁気的嚙み合 ヽ部分を線で且つ連続 する嚙み合いとしたことにより解決せんとするものである。

なお磁気円盤ある 、は磁気円筒にぉ 、て、表面に表れる磁極を区画する曲線は 幅を有してもよい。この場合、当該幅を有する曲線は面を形成することとなるが、この 面は、磁極の切り替わり領域や、異なる極の磁石を配置する場合のギャップ領域等と なる。また、磁気円盤においては、前記の幅は磁気円盤の径方向に一定の幅 (磁気 円盤中心力 径方向に引いた直線が前記の幅を有する曲線に含まれる長さ、が角 度によらず一定の長さとなる）であることが好ましい。磁気円盤と磁気円筒とが磁気的 に嚙合う部分における磁極の切り替わり領域の長さを回転角によらず一定にすること ができるため、さらに安定した動力の伝達が可能となるためである。

磁気円盤において、磁極を区画する曲線を本発明の構成として、表面に表れる磁 極形状を作製するためには、着磁により作製してもよいし、磁極を区画する曲線によ り囲まれる形状の磁石を作製してこれらを組み合わせて本発明の磁気円盤を作製し てもよい。

発明の効果

[0007] 本発明は、放射状の曲線形状に着磁した永久磁石を片面に有する磁気円盤と、外 周面に螺旋状にスキュー着磁して永久磁石を有する磁気円筒との非接触の磁気的 な嚙み合いによる動力の伝達としたことで、脈動のない極めてスムースな動力伝達が 可能となり、し力も、大きな伝達トルクも実現でき、振動や發塵を嫌う動力伝達装置に 広く応用できる非接触の直交型動力伝達機構となった。又、磁気円筒を駆動して磁 気円盤を従動にすることもできるし、逆に磁気円盤を駆動して磁気円筒を従動にする こともできるので、より応用分野の広い動力伝達機構となった。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 図 1は本発明による非接触式直交型動力伝達機構の第一の実施例で、（1)はその 正面図、（2)は右側面図、（3)は斜視図を示す。

磁気円盤 1の磁石盤 12の磁石面側に、所定の間隔 gをあけて磁気円筒 1が配置さ れている。磁気円筒 1の軸線方向長さは、磁石盤 12の半径方向の幅とほぼ同長にな つている。磁気円筒 1はその軸線が磁石盤 12の磁石面 (第 1磁気面）にほぼ平行に 配置されており、前記間隔 gは該軸線方向に同じ間隔を保って 、る。

磁気円盤 1は磁性材カ なるヨーク円盤 11と、その片面に固着させた前記永久磁 石盤 12、及びその中央部の穴に圧入等で固定した回転軸 13から構成されている。 尚、該永久磁石 12には例えば後述する方法にて放射曲線状の形状の磁気歯 (磁性 帯）を回転方向に対して極性が交互になるように適宜手段にて着磁してある。

[0009] 一方磁気伝達の片方を形成する磁気円筒 2は、その中心部は例えば磁性材カゝらな るヨーク筒 21と、該ヨーク筒の外周部に固着した永久磁石筒 22、及び該磁気円筒 2 の中心部の穴に例えば圧入等で固定した回転軸 23で構成されている。永久磁石筒 22は螺旋状の帯状に N極と S極を交互に着磁させた磁性帯を有し、これを第 2磁気 面としてある。

[0010] 次に、前述した磁気円盤 1、及び磁気円筒 2を用いて構成した直交型磁気伝達機 構について説明する。図 1に示すように磁気円盤 1の回転軸 13と、磁気円筒 2の回転 軸 23は、直交関係に配置して且つ、お互いの永久磁石の表面が特定の空隙を設け て構成した非接触式の直交型動力伝達機構を構成している。（尚、該磁気円盤 1と 磁気円筒 2を固定する構造については特に図示せず）

[0011] 次に、この回転の原理を図面に従って説明する。図 2は、図 1 (1)を磁気円盤 1の永 久磁石 12と磁気円筒 2の永久磁石 22が対向する面の磁気の極性を示したスケルト ン図である。図において、永久磁石 12は中心から放射状の曲線形状をした磁気歯 1 2N、 12Sが交互に着磁してある。一方、斜線を施した磁気円筒 2の磁気歯について は、磁気歯 22n、 22s…が直線 O— Crの交点と交点とにおける磁気歯長を a、その 間隔が bとなるように螺旋角度 (スキュー角度）とピッチを設定して着磁している。次に 該磁気円筒 2の磁気歯と対向する磁気円盤 1についても同様に中心 Oと とを結ぶ 直線が該磁気円盤 1の磁気歯 12N、 12S…と交わる点での磁気歯の線長は全て略 a、その磁気歯間の隙間が略 bと前記磁気円筒 2のそれと合致するように磁気歯形状 を設定している。但し、最内周及び、最外周の寸法はそれぞれ a、及び b、と同等以下 の長さとなっている。

[0012] 次いで該磁気円盤 1を駆動側とし、磁気円筒 2を従動側とした磁気円盤 1の磁気歯形 状作成方法の一例を図 3に基づき説明する。尚、図 3は前述した図 2に準じて磁気歯 を形成した磁気円盤 である。図において、磁気円盤 の中心 Oを基準に水平 線 L1を、一例として 10° ずつ時計方向に回転して参考線を引いたものである。図に おいて、中心 Oと O' の水平線 L1上に前述の図 2と同様に磁気円盤！/ の内周より 順次点 ml、外周側に aずらして点 m2、更に外周側に bずらし点 m3、同様に aずらし て点 m4、同じく bずらして点 m5、更に aずらして点 m6、同じく bずらして点 m7とこれら 各点を記す。次に 10° 時計方向に回転した参考線 L2上に、上記 L1上に記した点 ml、 m2' · ·に対し、中心 Oからの距離を外周側に所定の距離 cだけ一様にずらし、 前期点 ml、 m2、 πι3 · · ·に対応する点を nl、 η2、 η3 · · ·と記す。更に上記参考線 L 2を磁気円盤!/ の中心 0を中心に 10° 時計方向に回転させ記した参考線 L3の線 上に前記点 nl、 η2、 η3 · · ·を記したと同様に、中心 Οからの距離を点 nl、 η2、 η3 · · 'より所定の距離 cだけ外周側にずらして記した点を pl、 ρ2、 ρ3 · · ·とする。これを繰 り返して記した参考線 LI、 L2、 1^3 ' ' '上の点!111、 nl、 ρ1 · · ·、点 m2、 η2、 ρ2 · · ·、 及び点 m3、 η3、 ρ3 · · ·の各点間をそれぞれ曲線近似の手法を用いて繋いた曲線 m 1一 nl— pi—'、曲線 m2— n2— p2—'、及び曲線 m3— n3— p3—'力 前述した 磁気円盤 1の磁気歯 12n、 12sの磁気歯外形曲線の基となる曲線である。

上記所定の距離 c (シフト量）は、極数と参考線 Lの回転角度により決定される。例え ば、磁気円筒が 18極、磁気円盤が 18極の場合、変速比は 1 : 1となり、 20° (360/1 8)毎にシフト量 c ( = a+b)ずらした曲線となる。

[0013] 尚、上述した参考線 L2、 L3、 L4 - · ·上の各点のシフト量 cについてさらに説明を加え る。図 4 (1)及び（2)は磁気円盤 の中心付近を拡大した正面図である。図 4 (1)に おいて、前述した参考線 L1上の点 ml、 m2 (mlと m2との距離は a)、又、中心 Oを 中心にして点 ml、点 m2を通る円の半径をそれぞれ rl、 r2とする。該半径 rlと r2と中 心 Oを基準に前記参考線 L1を 10° 時計方向に回転した参考線 L2との交点を ml/ ΧΆ2' とする。前述のずらし量 cは ml/ ΧΏ2' を参考線 L2上を外周に向かって cだけ 移動させたものでこれが前述した点 nl、 n2となる。これを示したものが図 4 (2)である 。尚、本説明ではこの 2点についてのみ説明を追カ卩した力 η3、 η4、 η5 · · 'も同様に 作成し、更に pl、 ρ2、 ρ3 · · ·についても該手順にて作成したものである。

[0014] なお、図 2では円筒 2と円盤 1の中心線 (軸心) Οと Ο 'が垂直に交わる場合を説明し たが、この配置関係が最も効率的に動力を伝達できる。しかし、これに限定されるも のではなぐ円筒 2の軸心 Ο 'が円盤 1の磁気面に平行であれば、他の位置であって ちょい。

円筒 2を図 2に示す位置以外の他の位置に設定する場合も、軸心 Ο 'に沿って円筒 2と円盤 1の磁気歯長 aと間隔 bを合わせるように構成する。特に、外周側の磁気歯の トルクは大きいため、外周側においては磁気歯長 aと間隔 bを合わせるように構成する ことが望ましい。

[0015] 以上の説明したように上記方法にて形成した磁気歯力 なる磁気円盤 1 (又は磁気 円盤 1' )と前記磁気円筒 2にて構成した直交型磁気伝達機構は、例えば前記磁気 円盤 1を時計方向に回転させた時、磁気円盤 1の回転角度と磁気円筒 2の回転角度 は常に一定の比率で回転するため、回転の脈動もなく滑らかな回転が可能となる。 尚、磁気伝達機構における回転比は、磁気円盤 1の磁気歯の数 (極数)と磁気円筒 2 の外周一週分に有する極数の比で決定される。即ち、この極数を随時設定すること で、直交型非接触伝達機構において、駆動側の回転数に対する従動側の回転比を 1 : 1や、 1 : 2のように適宜に設定も可能である。又、磁気円筒を駆動側にし、磁気円 盤側を従動側にしても、同様に円滑に動力伝達することができる。さらに回転方向に ついても本説明では時計方向としたが、反時計方向でも同様の回転特性がえられる ことはいうまでも無い。尚、本説明で参考線 Ll、 L2、 L3 ' · ·の角度を 10° としたが、 必要に応じてより適宜角度を用いてもよぐ例えば 10° より小さい角度を用いて作成 した場合はより精密な磁気歯曲線が得られる。以上述べたように、磁気円筒と磁気円 盤が非接触で磁気的な嚙み合いをすることを利用した駆動装置であるが、回転のど の部分にぉ 、ても同一の磁気的な嚙み合 、となるように工夫して 、ること及び磁気的 嚙み合 、がより大きな面積で得られるように工夫した点に大きな特徴を有して 、る。 前者の特徴力スムーズな駆動を生み、後者の特徴がより大きな駆動力を生んでいる

[0016] 図 5と図 6に磁気円盤 1と磁気円筒の極数を変えて、変速比を変えた場合の磁気歯 長 aと間隔 bの関係を示す。

図示のように極数を変えても、円筒 2と円盤 1の磁気歯長 aと間隔 bを合わせるように 構成することが可能である。

[0017] 本案は、磁気円盤を放射曲線状に磁ィ匕することで、磁気円盤を駆動して磁気円筒を 従動にもできるし、磁気円筒を駆動して磁気円盤を従動にもできるため、色々な伝達 機構に応用ができる。

その応用例を図 7に示した。（1)は、磁気円盤 1に磁気円筒 3と磁気円筒 4を同軸上 に 2つ設けて、伝達トルクを大幅に強くした例を示した。 (2)は、磁気円盤 1を駆動し て、 2個の磁気円筒 3を 2つの軸で各々独立して従動する例を示した。更に（3)は、 磁気円筒 3を 3個従動に配置した例を示した。（4)は磁気円筒 3を駆動して磁気円盤 1と、該磁気円盤 1と磁気歯が面対象形を有する磁気円盤 31の 2つの軸を従動にし た他の応用例を示したもので (ィ）はその側面図、（口）は斜視図を示す。又（5)は、軸 で連結した 2つの磁気円筒 3を駆動して、 2つの磁気円盤 1を従動にした応用例であ る。このように、磁気円盤を放射曲線状に磁ィ匕することで、色々な伝達機構が可能に なることが理解できる。

[0018] 次に具体的な実施例を示す。

<実施例 1 >

円筒表面に p2の磁極を有する永久磁石円筒であって、円筒表面に現れる磁極が、 Θ 2/360° 回った際に長さ h進む螺旋曲線を 360° Zp2の間隔で p2本配置した曲線 群により区画される永久磁石円筒と嚙み合い、動力伝達機構を構成するための磁気 円盤 (極数 pi)を作製するには、少なくとも半径 rllから rl2の範囲において、表面の 磁極を区画する曲線を、（式 1) rl = ( rl2 - rll) - θ 1/ θ 2 · pi / p2 + rll (ただし 、 h = rl2-rll)を満たす rlおよび θ 1を満たす点をつなげていき、この曲線を 360° / piの間隔で pi本配置し、磁極を区画する領域がこれらの曲線群を含むように着磁ぁ るいはそのような形状にカ卩ェした磁石を配置する等により得ることが可能である。この 一例を図 8と図 11に示す。この例の場合の伝達機構の回転比は 1： 1である。

[0019] <実施例 2>

極数の比を変えることにより伝達機構の回転比を変える事が可能である。磁気円盤 の極数と磁極を区画する曲線とを変えて、回転比を変える具体例を以下に示す。 極数力 であり、円筒表面に現れる磁極を区画する曲線が、 90° /360° 回った際 に長さ h(rl2-rll=30-8=22mm)進む螺旋形状である図 11に示す永久磁石円筒と嚙み 合い、動力伝達機構を構成するための磁気円盤 (極数 pi)の例を図 8,図 9、図 10〖こ 示す。

図 8は、磁気円盤の極数を 8極とした場合の例であり、この場合は、回転比は 1 : 1で ある。なお、磁気円盤の磁極を区画する曲線は、式 1において、 rll=8mm、 rl2=30mm 、 θ 2=90° 、pl=p2=8であり、磁極を区画する曲線は、

rl = (30-8)· Θ 1/90· 8 / 8 + 8 = Θ 1 -22/90 + 8

で規定されている。

図 9は、磁気円盤の極数を 4極とした場合の例であり、この場合は、回転比が 2 : 1の 動力伝達機構を実現することが可能である。なお、磁気円盤の磁極を区画する曲線 は、式 1において、 rll=8mm、rl2=30mm、 Θ 2=90。 、 pl=4、 p2=8であり、磁極を区画 する曲線は、

rl = (30-8)· θ 1/90· 4 / 8 + 8 = θ 1 - 11/90 + 8

で規定されている。

図 10は、磁気円盤の極数を 16極とした場合の例であり、この場合は、回転比が 1 : 2の動力伝達機構を実現することが可能である。なお、磁気円盤の磁極を区画する 曲線は、式 1において、 rll=8mm、rl2=30mm、 0 2=90° 、 pl=16、 p2=8であり、磁極を 区画する曲線は、

rl = (30-8)· Θ 1/90· 16 / 8 + 8 = Θ 1 -44/90 + 8

で規定されている。

<実施例 3 >

次に永久磁石円盤の極数と磁極を区画する螺旋曲線とを変えて、回転比を変える 具体例を以下に示す。

図 8は、前出の例と同様であり、磁気円盤の極数が pl=8極、内径 rll=8mm、外形 rl 2=30mm、 θ 2=90° 、 pl=p2=8とした場合の例であり、磁極を区画する曲線は、

rl = (30-8)· Θ 1/90· 8 / 8 + 8 = Θ 1 -22/90 + 8

で規定されている。

永久磁石円筒は、図 11に示すように極数が 8であり、円筒表面に現れる磁極を区 画する曲線が、 90° /360° 回った際に長さ h(rl2-rll=30-8=22mm)進む螺旋形状 である永久磁石円筒である。この場合は、回転比は 1 : 1の動力伝達機構を実現する ことが可能である。

上記と同じ磁気円盤を使用し、図 12に示す永久磁石円筒の極数を 4極とし円筒表 面に現れる磁極を区画する曲線が、 180° /360° 回った際に長さ h(22mm)進む螺 旋形状である永久磁石円筒である場合の例であり、この場合は、回転比が 1 : 2の動 力伝達機構を実現することが可能である。

上記と同じ磁気円盤を使用し、図 13に示す永久磁石円筒の極数を 16極とし円筒 表面に現れる磁極を区画する曲線が、 45° /360° 回った際に長さ h(22mm)進む螺 旋形状である永久磁石円筒である場合の例であり、この場合は、回転比が 2 : 1の動 力伝達機構を実現することが可能である。 図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明の第一の実施例による非接触式直交型動力伝達機構の（1)は正面図、

(2)は側面図、（3)は斜視図

[図 2]磁気的嚙み合 、を示すスケルトン図

[図 3]本実施例に基づく磁気円盤の磁気歯作成方法を説明するためのスケルトン図 [図 4] (1)、 (2)は本実施例に基づく磁気円盤の中心部を拡大した正面図

[図 5]磁気円筒 2が 8極、磁気円盤 1が 4極、 8極、 16極の場合の、該磁気円筒 2と磁 気円盤 1の磁気歯長 aと間隔 bの関係を示す説明図。

[図 6]磁気円筒 2が 8極、磁気円盤 1が 4極、 8極、 16極の場合の、該磁気円筒 2と磁 気円盤 1の磁気歯長 aと間隔 bの関係を示す説明図。

[図 7] (1)〜（5)は本発明の種々の応用例を示した正面図、側面図、及び斜視図

[図 8]本発明の実施例の説明図

[図 9]本発明の実施例の説明図

[図 10]本発明の実施例の説明図

[図 11]本発明の実施例の説明図

[図 12]本発明の実施例の説明図

[図 13]本発明の実施例の説明図

[図 14]従来の非接触式動力伝達機構の構成図

符号の説明

[0022] 1、 \' 磁気円盤

11 ヨーク円盤

12、 12' 永久磁石筒

12s、 12s 磁 困

12n、 12n 気困

13 回転軸

2 磁気円筒

21 ヨーク筒

22 磁気筒 s 磁 困

n 磁気歯

回転軸

4 磁気円筒

磁気円盤

1 第 1の磁気歯車

2 第 2磁気式歯車

3、 106 回転軸

、 104 第 2の磁気歯車の磁石

7a, 107b, 108a, 108b 第 2の磁気歯車の磁石

Claims

請求の範囲

[1] 回転可能な円盤であって、その片面側に放射曲線状の帯状に N極と S極を交互に 磁化させて磁性帯を形成した第 1磁気面を有する磁気円盤と、

回転可能な円筒体であって、その外周に螺旋状の帯状に N極と S極を交互に磁ィ匕 させて磁性帯を形成した第 2磁気面を有する磁気円筒と、を備え、

前記磁気円筒が、該磁気円盤の磁気面に所定の空隙をあけ、且つ該円筒体軸心 が該第 1磁気面に略平行になるように設けられた、

ことを特徴とする動力伝達機構。

[2] 前記第 1磁気面の磁性帯と前記第 2磁気面の磁性帯の前記円筒軸心に沿った位 置と幅がほぼ等しい、

請求項 1の動力伝達機構。

[3] 前記円筒体軸心と前記磁気円盤の円盤軸心とが垂直に交わるように、前記磁気円 盤と磁気円筒とを配置した、

請求項 1の動力伝達機構。

[4] 前記第 1磁気面の磁性帯と前記第 2磁気面の磁性帯の数が同一である、

請求項 1の動力伝達機構。

[5] 前記第 1磁気面の磁性帯と前記第 2磁気面の磁性帯の数が整数比である、

請求項 1の動力伝達機構。

[6] 複数の前記磁気円盤と、単数の前記磁気円筒と、を有する、

請求項 1の動力伝達機構。

[7] 単数の前記磁気円盤と、複数の前記磁気円筒と、を有する、

請求項 1の動力伝達機構。

[8] 複数の前記磁気円盤と、複数の前記磁気円筒と、を有する、

請求項 1の動力伝達機構。

[9] 複数の前記磁気円筒が同一の軸上に装着されている、

請求項 7又は 8の動力伝達機構。

[10] 円筒表面に p2の磁極を有する磁気円筒であって、円筒表面に現れる磁極が、 Θ 2 /360° 回った際に長さ h進む螺旋曲線を 360° Zp2の間隔で p2本配置した曲線群 により区画される磁気円筒と、

円盤表面に plの磁極を有する磁気円盤であって、半径 rllから rl2の範囲において 円盤表面に現れる磁極力 （式 1)で表される rlおよび 0 1を満たす曲線を 360° /pl の間隔で pl本配置した曲線群により区画される磁気円盤とを、

回転軸が略直交状態となるように所定の間隔を設けて対向させて配置した、 ことを特徴とする動力伝達機構。

(式 1) rl = ( rl2 - rll)- θ 1/ θ 2 · pl / p2 + rll (h = rl2— rll)