トルク伝達装置
【課題】最大トルクを維持しながらも原動機に必要な平均負荷を調節することが可能であり、しかもトルクを伝達する周期の調節も可能であるトルク伝達装置を提供する。
【解決手段】モータＸの回転により原動回転体１が回転し、原動回転体１の回転により生じる電磁力で従動回転体２が回転することにより、原動回転体１から従動回転体２にトルクを伝達する。原動回転体１は複数極の永久磁石１２を備え、従動回転体２は永久磁石１２により生じる磁束が鎖交する環状の誘導用導体２２を備える。誘導用導体２２はスイッチング素子により開閉され、誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とが選択される。
【解決手段】モータＸの回転により原動回転体１が回転し、原動回転体１の回転により生じる電磁力で従動回転体２が回転することにより、原動回転体１から従動回転体２にトルクを伝達する。原動回転体１は複数極の永久磁石１２を備え、従動回転体２は永久磁石１２により生じる磁束が鎖交する環状の誘導用導体２２を備える。誘導用導体２２はスイッチング素子により開閉され、誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とが選択される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として原動機の出力軸の連続的かつほぼ一定であるトルクを受けて不連続かつ周期的にトルクの伝達を行うトルク伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機などの原動機の出力軸は連続的かつほぼ一定であるトルクを出力しているが、時計の歩進やインパクトドライバの回転のように不連続かつ周期的なトルクが必要である場合に、原動機の出力軸からトルクを受けて不連続かつ周期的にトルク伝達を行うトルク伝達装置が必要になる。機械要素の組み合わせによって、この種のトルク伝達装置を構成する技術は多々提案されている。ただし、機械要素の組み合わせによるトルク伝達装置は、騒音が発生するという問題がある。
【０００３】
一方、電磁力によるトルク伝達を行うトルク伝達装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたトルク伝達装置は、原動側である原動回転体と従動側である従動回転体とを同軸に配置し、原動回転体と従動回転体との一方に磁石を設けるとともに他方に板状の導体を設けた構成を有している。
【０００４】
この構成では、原動回転体の回転に伴って磁石により生成された磁束が導体に鎖交するとともにその磁束が時間経過に伴って変化するから、導体に誘導電流（渦電流）が流れ、この誘導電流と磁束との作用による電磁力で原動回転体のトルクが従動回転体に伝達されるようになっている。したがって、磁石と導体とを適宜に配置することによって、原動回転体のトルクを従動回転体に間欠的に伝達することが可能になる。
【特許文献１】特開２００７−２２８７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されたトルク伝達装置では、原動回転体を駆動する原動機から出力されるほぼ一定のトルクを間欠的に従動回転体に伝達することはできるが、従動回転体に伝達されるトルクは磁石と導体との配置および原動回転体の回転速度によって決まるから、原動機の回転速度が一定であれば原動機の平均負荷は一定になり、平均負荷を調節したり、トルクを伝達する周期を調節したりすることはできない。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、最大トルクを維持しながらも原動機に必要な平均負荷を調節することが可能であり、しかもトルクを伝達する周期の調節も可能であるトルク伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、原動側である原動回転体と、原動回転体と同軸に配置され従動側となる従動回転体とを有し、原動回転体と従動回転体との一方は回転面内において回転方向に交差する方向の磁束を生じさせるとともに回転方向において磁束に分布を付与する磁石を備え、原動回転体と従動回転体との他方は前記一方の回転中に磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成された誘導用導体を備え、さらに、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを切り替える制御部を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記制御部は、前記原動回転体と前記従動回転との一方の回転位置を検出する位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、複数回巻回されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、環状の分割導体を口軸方向において複数層に積層して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、電流路の断面において口軸方向の厚み寸法が口軸方向に直交する面内の幅寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明では、請求項６の発明において、前記コアを前記誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割された磁性薄板の積層体により形成していることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加され、前記原動回転体と前記従動回転体との他方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加され、コアと第１ヨークとは一体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明では、請求項１〜９のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記磁石における前記誘導用導体との反対面側に磁路を形成する第２ヨークが付加されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１の発明では、請求項１〜１０のいずれかの発明において、前記制御部は、前記誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるスイッチング素子を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２の発明では、請求項１〜１１のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体とともに前記磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成した発電用導体と、発電用導体に生じた誘導起電力を蓄電して前記制御部の電源に用いる電源回路とが付加されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３の発明では、請求項１２の発明において、前記誘導用導体の少なくとも一部が前記発電用導体と兼用されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明の構成によれば、原動回転体と従動回転体とが相対的に回転することにより、誘導用導体に鎖交する磁束が時間経過に伴って変化し、原動回転体から従動回転体にトルクが伝達される。また、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを制御部により切り替えるので、閉状態では誘導電流が流れてトルクが発生し、開状態では誘導電流が流れないからトルクが発生しなくなる。すなわち、適宜のタイミングで誘導用導体を閉状態とすることにより誘導電流によるトルクの最大値は確保しながらも、他期間では誘導用導体を開状態として誘導電流を流さないようにして原動回転体を回転させるための平均負荷を調節することができる。また、誘導用導体に誘導電流を流すタイミングを制御部により調節するから、トルクを伝達する周期の調節も可能になる。
【００２１】
請求項２の発明の構成によれば、原動回転体と従動回転体との一方の回転位置を検出する位置センサを備えており、位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えるから、原動回転体と従動回転体とのいずれかの回転位置に応じて周期的かつ自動的にトルクを伝達するタイミングを制御することが可能になる。
【００２２】
請求項３の発明の構成によれば、誘導用導体を複数回巻回しているから、磁石により生じた磁束が鎖交する誘導用導体のターン数が多くなり、それだけ大きな電磁力が発生することになる。すなわち、１ターンの誘導用導体に比較して、同程度のサイズであれば伝達トルクが大きくなり、同程度の伝達トルクであれば小型化が可能になる。
【００２３】
請求項４の発明の構成によれば、環状の分割導体を積層して形成しているから、ターン数を大きくとることができるともに、誘導用導体に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができるから、誘導用導体の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。なお、分割導体は絶縁シートを基材に用いた印刷配線基板を用いることができ、この構成では分割導体を位置決めして積層するのが容易になる。
【００２４】
請求項５の発明の構成によれば、誘導用導体の断面において誘導用導体に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができるから、誘導用導体の銅損を増加させずに、誘導用導体の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。
【００２５】
請求項６の発明の構成によれば、誘導用導体の内側に磁性体からなるコアを配置しているから、誘導用導体に鎖交する磁束を増加させることができ、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。
【００２６】
請求項７の発明の構成によれば、誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割した磁性薄板の積層体をコアに用いているから、コア内に渦電流が流れにくくなり、コアによる鉄損を低減することができる。
【００２７】
請求項８の発明の構成によれば、誘導用導体における磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークを設けているから、誘導用導体に鎖交する磁束が通る磁路の磁気抵抗を低減することになり、伝達トルクの最大値を大きくすることができる。
【００２８】
請求項９の発明の構成によれば、誘導用導体に鎖交する磁束が通る磁路を形成する第１ヨークと、誘導用導体に鎖交する磁束を増加させるコアとを一体に設けているから、誘導用導体に鎖交する磁束が通過する磁路の磁気抵抗を小さくするとともに誘導用導体に鎖交する磁束を増加させることになり、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。また、第１ヨークとコアとは一体に形成されているから、第１ヨークとコアとの連結部位での磁気抵抗の増加がない上に、コアの位置に誘導用導体を配置することで誘導用導体の位置決めが容易になるという利点がある。
【００２９】
請求項１０の発明の構成によれば、磁石の磁路を形成する第２ヨークを設けていることにより、磁路の磁気抵抗を低減させることができ、伝達トルクの最大値を大きくすることができる。なお、第２ヨークは磁石を着磁する際の着磁用のヨークとして機能させることができる。
【００３０】
請求項１１の発明の構成によれば、スイッチング素子により誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるので、閉状態と開状態とを高速にスイッチングすることが可能であり、微少時間で閉状態と開状態とを切り替えることにより、平均負荷やトルクを伝達するタイミングを様々に変化させることが可能になる。
【００３１】
請求項１２の発明の構成によれば、発電用導体を設けるとともに発電用導体に生じた誘導起電力を制御部の電源に用いるから、別途に電源回路を設けることなく制御部に給電することが可能になる。その結果、外部からの電源供給が不要であり、給電のための接触子などが不要になるから、長寿命化かつ低騒音化が可能になる。
【００３２】
請求項１３の発明の構成によれば、誘導用導体の少なくとも一部が発電用導体と兼用されているから、別途に発電用導体を設けることなく簡単な構成で制御部の電力を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本実施形態において説明するトルク伝達装置Ｚは、図２に示すように、原動機であるモータＸとトルクが伝達される負荷Ｙとの間に介在し、モータＸの出力軸から連続的かつほぼ一定の大きさで出力されるトルクを受けて、不連続かつ周期的にトルクを伝達するものである。
【００３４】
トルク伝達装置Ｚは、モータＸが結合される原動回転体１と、負荷Ｙが結合される従動回転体２とを備える。また、トルク伝達装置Ｚは、後述する誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と、誘導用導体に誘導電流を流さない開状態とを切り替える制御部３を備える。原動回転体１と従動回転体２との間では電磁力を利用してトルク伝達が行われ、原動回転体１と従動回転体２とは機械的には結合されていない（この意味で、図２において原動回転体１と従動回転体２との間を破線で結合してある）。
【００３５】
本実施形態では、図１に示すように、原動回転体１および従動回転体２がそれぞれカップ状（一方の底面が開放された有底円筒状）に形成されており、従動回転体２の内側に原動回転体１を配置した例を示す。図示例では、原動回転体１と従動回転体２とは互いに反対側の底面（つまり、原動回転体１は下底面、従動回転体２は上底面）が開放されているが、同側の底面を開放させた構成を採用してもよい。また、小型化のために原動回転体１を回転させるモータＸを原動回転体１の内側に配置しているが、モータＸは原動回転体１の外側に配置してもよい。従動回転体２には回転中心である底面の中心に回転軸２１が突設され、原動回転体１の回転中心であるモータＸの出力軸１１と回転軸２１とは同軸上に配置される。
【００３６】
上述のように、原動回転体１が従動回転体２の内側に配置されることにより、原動回転体１の周壁の外側面は従動回転体２の周壁の内側面と対向することになる。原動回転体１の周壁には、原動回転体１の回転方向において交互に異磁極となるように複数極（図示例は８極）に着磁された永久磁石（磁石）１２が設けられている。したがって、永久磁石１２は、原動回転体１の回転方向に交差する方向の磁束を生じさせ、かつ回転方向において磁束に分布を付与することになる。
【００３７】
原動回転体１の周壁は、独立した永久磁石１２を合成樹脂などの保持部材で保持することにより形成することが可能であるが、円筒状の磁性体に多極着磁を行うことによって形成するのが望ましい。また、着磁方向はラジアル方向（半径方向）としてあり、原動回転体１の内側と外側とが異磁極となるように着磁されている。
【００３８】
一方、従動回転体２の周壁には、環状（円環状や矩形環状）に形成された複数個（図示例では８個）の誘導用導体２２が設けられている。誘導用導体２２が従動回転体２の回転中心を見込む中心角は約４０度に設定されている。従動回転体２の周壁２３は、合成樹脂のような非磁性体で絶縁性を有する材料により円筒状に形成され、周壁２２の内側面に誘導用導体２２が固定されている。誘導用導体２２は、永久磁石１２と対向可能である部位に配置され、原動回転体１の回転に伴って永久磁石１２から生じた磁束が誘導用導体２２に鎖交する。また、この磁束は原動回転体１の回転により時間経過に伴って変化する。
【００３９】
ところで、上述したように、誘導用導体２２には制御部３が接続されており、誘導用導体２２に誘導電流が流れる閉状態と誘導電流を阻止する開状態とを選択することが可能になっている。誘導用導体２２は、図３（ａ）に示すように直列に接続されるか、図３（ｂ）に示すように並列に接続され、複数個の誘導用導体２２の直列回路または並列回路の両端間にスイッチング素子ＳＷを接続してある。並列接続の場合は直列接続に比べてインダクタンスを低減することができる。図３に示す矢印は永久磁石１２の移動方向を示している。
【００４０】
制御部３はスイッチング素子ＳＷおよびスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御する制御回路（図１０参照）を含む。スイッチング素子ＳＷには、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、３端子双方向サイリスタなどを用いることができる。また、高速なオンオフが不要であれば、電磁リレーのような他のスイッチ要素により閉状態と開状態とを切り替えるようにしてもよい。
【００４１】
ここに、従動回転体２の回転方向において隣り合う各一対の誘導用導体２２には逆向きに電流が流れるから、隣接する誘導用導体２２では図３における左右の異なる一端同士が接続される。なお、図１に示した構成では、永久磁石１２が８極とし誘導用導体２２を８個設けているが、図３では永久磁石１２を６極とし誘導用導体２２を６個設けている。
【００４２】
スイッチング素子ＳＷのオンオフのタイミングは適宜に設定することができるが、図示しない位置センサを制御部３に設け、位置センサにより原動回転体１または従動回転体２の回転位置を検出し、検出した回転位置に応じてスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するのが望ましい。位置センサには、永久磁石１２の回転位置を検出するホールＩＣのような磁気センサを用いるか、出力軸１１または回転軸２１に結合したロータリエンコーダを用いることができる。また、誘導用導体２２の一部を流用して位置センサとして用いれば、他の部材を追加することなく回転位置を検出することができるから低コストで位置センサの機能を付加することができる。
【００４３】
以下に動作を説明する。まず、スイッチング素子ＳＷがオンである閉状態について説明する。モータＸが回転し原動回転体１が回転すると、永久磁石１２から生じ誘導用導体２２に鎖交する磁束が時間経過に伴って変化するから、磁束の変化を妨げるように誘導用導体２２に誘導電流が流れる。したがって、誘導電流と永久磁石１２からの磁束との間に電磁力が生じ、この電磁力により従動回転体２が回転する。つまり、誘導電動機と同様の原理で従動回転体２を回転させることができる。ここで、原動回転体１の回転に伴って従動回転体２が回転するから、上述した電磁力を介在させて、原動回転体１から従動回転体２にトルクを伝達することになる。
【００４４】
ここで、複数個の誘導用導体２２が従動回転体２の回転方向に離間して配置されるとともに、複数極の永久磁石１２が原動回転体１とともに回転するから、誘導用導体２２に作用する電磁力は周期的に変化し、従動回転体２に作用するトルクは、図４（ａ）に示すように周期的に増減する。図１に示す構成では８極の永久磁石１２と８個の誘導用導体２２とを組み合わせているから、原動回転体１の１回転の間にトルクは８周期で変化する。言い換えると、原動回転体１の１回転の間に最大トルク（トルクのピーク値）が８回出現する。具体的には、原動回転体１の４５度ずつの回転角度で、−２２．５〜２２．５度、２２．５〜６７．５度、……の各角度範囲ごとに同じパターンでトルクが変化する。
【００４５】
一方、スイッチング素子ＳＷをオフにした開状態では誘導電流が流れないから、誘導用導体２２には上述した電磁力が作用せず、このときには従動回転体２にトルクを伝達することはできない。そこで、原動回転体１が適宜の回転位置である期間においてのみ閉状態とし残りの期間は開状態とすれば、閉状態の期間にのみ従動回転体２にトルクを伝達することが可能になる。
【００４６】
図４（ｂ）に示す例では、原動回転体１が２２．５〜６７．５度である角度範囲においてスイッチング素子ＳＷをオンにした（つまり、閉状態にした）場合を示している。このようなタイミングでスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するには、上述した位置センサを用いればよい。図４（ｂ）に示す例では、原動回転体１が２２．５〜６７．５度である角度範囲である期間においてのみ原動回転体１から従動回転体２にトルクが伝達され、他の期間には従動回転体２にはトルクが伝達されないことになる。その結果、全期間に亘ってトルクを伝達していた図４（ａ）の動作に比較して平均負荷トルクが約８分の１に低減されることになる。
【００４７】
ところで、誘導用導体２２には、可撓性を有する絶縁シートを基材に用いた印刷配線基板に環状の導体パターンを形成したものを用いる。この導体パターンは一部開放されており、開放部位にスイッチング素子ＳＷが設けられる。したがって、面実装型のスイッチング素子ＳＷを印刷配線基板に実装することにより、誘導用導体２２とスイッチング素子ＳＷとを一体に設けることができる。
【００４８】
ところで、導体パターンは１ターンでも誘導用導体２２として機能するが、誘導用導体２２の１ターンであるときに生じる電磁力をＦとすれば、ターン数がＮになれば、Ｎ・Ｆの電磁力が作用する。そこで、図５（ａ）に示すように、誘導用導体２２として機能する導体パターン２２ａを渦巻き状に形成することにより、複数ターンとすれば誘導用導体２２に作用する電磁力を１ターンの場合よりも大きくすることができ、結果的に従動回転体２に伝達するトルクを大きくすることが可能になる。つまり、誘導用導体２２を複数回巻回することにより、同程度のサイズでの伝達トルクを増加させることができる。また、１ターンの場合と同程度の伝達トルクであれば、原動回転体１の永久磁石１２や従動回転体２の誘導用導体２２を小型化することが可能になり、全体としての小型化に貢献する。
【００４９】
誘導用導体２２のターン数を増やすには、図５（ｂ）のように、１ターンに形成した環状の分割導体２２ｂを複数個設け、分割導体２２ｂを誘導用導体２２の口軸方向に積層するとともに、１個の巻線を形成するように電気的に接続してもよい。この場合、トルクを確保しながらも誘導用導体２２に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができ、結果的に、誘導用導体２２の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。また、分割導体２２ｂは絶縁シートを基材として用いているから、積層の際の位置決めが容易である。
【００５０】
図５に示す構成例では、誘導用導体２２を印刷配線基板により形成することで、誘導用導体２２の位置関係を導体パターンによりあらかじめ定めておくことができるから、誘導用導体２２を従動回転体２に取り付ける際の組立作業が容易になる。
【００５１】
ところで、誘導用導体２２に生じる渦電流を低減するには、上述のように、誘導用導体２２に鎖交する磁束に直交する面内での誘導用導体２２の寸法を小さくすることが有効である。そこで、誘導用導体２２における電流路の電気抵抗が同じであれば、図６（ｂ）のように電流路の断面において口軸方向の厚み寸法Ｄ１と口軸方向に直交する面内の幅寸法Ｗ１とがほぼ等しい場合（Ｄ１≒Ｗ１）に比較して、図６（ａ）のように厚み寸法Ｄ２を幅寸法Ｗ２よりも大きくする（Ｄ２＞Ｗ２）ほうが渦電流を低減することができる。すなわち、誘導用導体２２における電流路の断面を、このような寸法関係とすることにより、渦電流をより低減し、渦電流が生じることにより損失を低減させることができる。
【００５２】
従動回転体２に伝達するトルクを増加させるには、誘導用導体２２に鎖交する磁束を増加させるか、永久磁石１２と誘導用導体２２とを含む磁路の磁気抵抗を低減する構成を採用してもよい。たとえば、図７に示すように、誘導用導体２２の内側に磁性体からなるコア２４を設けると、誘導用導体２２に鎖交する磁束を増加させることができ、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。ここに、磁性体は電気抵抗の大きいフェライトなどを用いることによって渦電流の発生を抑制し鉄損を抑制することができる。
【００５３】
コア２４としては、図８に示すように、磁性薄板２４ａを誘導用導体２２に鎖交する磁束と交差する方向に積層したものを用いてもよい。この場合、コア２４が積層鉄芯になり、コア２４内に渦電流が流れることによる鉄損を低減することができる。積層方向は、図８（ａ）のように従動回転体２の回転方向としたり、図８（ｂ）のように従動回転体２の回転軸２１の延長方向としたりすることができる。なお、磁性薄板２４ａを従動回転体２の半径方向（ラジアル方向）に積層する構成も考えられる。
【００５４】
一方、磁路の磁気抵抗を低減する構成としては、図９（ａ）に示すように、従動回転体２の周壁２３と誘導用導体２２との間（つまり、誘導用導体２２における永久磁石１２との反対面側）に磁性体からなる第１ヨーク２５を配置する構成を採用することができる。また、図９（ｂ）のように、図８に示したコア２４と第１ヨーク２５とを併用してもよい。この場合、コア２４と第１ヨーク２５とを一体に形成するのが望ましい。すなわち、第１ヨーク２５の内側面にコア２４となる凸部を設けることにより、コア２４と第１ヨーク２５とを連続一体に形成することができる。この構成を採用すれば、コア２４と第１ヨーク２５との連結部での磁気抵抗の増加を防止することができ、しかもコア２４を誘導用導体２２の位置決めに用いることができるから、製造が容易になる。なお、従動回転体２の周壁２３を磁性体で形成することにより第１ヨーク２５として用いる構成も可能である。
【００５５】
原動回転体１においては、図９（ｃ）のように、周壁の内周側に磁性体からなる第２ヨーク１３を配置することによって磁路の磁気抵抗を低減することができる。第２ヨーク１３は、各永久磁石１２の一方の磁極と磁気結合され、永久磁石１２の一方の磁極からの漏れ磁束を抑制するとともに、磁路の磁気抵抗を低減することによって、誘導用導体２２に鎖交する磁束の増加に貢献する。
【００５６】
図９（ａ）（ｂ）の構成と図９（ｃ）の構成とは組み合わせることができ、組み合わせることによって磁路の磁気抵抗を一層低減することができるから、原動回転体１と従動回転体２との間の伝達トルクの最大値をより大きくすることが可能になる。
【００５７】
ところで、制御部３はスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するから、駆動用の電源が必要である。もちろん制御部３に対して別途の接触子を用いて給電することが可能であるが、騒音が発生する上に接触子により寿命が短くなるおそれがある。そこで、図１０（ａ）に示すように、誘導用導体２２と並べて環状に形成した発電用導体２６を配置し、永久磁石１２により生じた磁束が発電用導体２６と鎖交することにより生じる誘導起電力を制御部３の電源に用いてもよい。
【００５８】
この場合、発電用導体２６で生じた誘導起電力を、ダイオードブリッジなどからなる整流回路３１により全波整流または半波整流し、二次電池や大容量のキャパシタを用いた蓄電回路３２により蓄電する。蓄電回路３２は電圧の安定化も行っている。このように、整流回路３２と蓄電回路３３とからなる電源回路を用いることによって、電源回路から制御回路３３に給電することが可能になり、外部電源を用いることなくスイッチング素子ＳＷの駆動が可能になる。ただし、この電源回路は、原動回転体１が回転を開始した後でなければ、制御回路３３に給電されないから、スイッチング素子ＳＷのオンオフは原動回転体１の回転が開始され、蓄電回路３２からの給電が可能になった後に行われる。
【００５９】
図１０（ａ）の構成では、発電用導体２６を誘導用導体２２とは別に設けているが、誘導用導体２２にも誘導起電力が生じているから、図１０（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷがオフであるとき（開状態であるとき）の誘導用導体２２の誘導起電力を利用して制御回路３３に給電するようにしてもよい。なお、図１０では、誘導用導体２２を並列接続しているが、直列接続した構成でもよい。
【００６０】
上述の構成例では、原動回転体１に永久磁石１２を設け、従動回転体２に誘導用導体２２を設けた例を示したが、逆に、原動回転体１に誘導用導体２２を設け、従動回転体２に永久磁石１２を設ける構成であっても同様に動作する。また、永久磁石１２に代えて電磁石を用いることも可能である。さらに、誘導用導体２２が見込む中心角や永久磁石１２および誘導用導体２２の個数は上述の例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は水平断面図である。
【図２】同上の概略構成図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上に用いる誘導用導体の接続例を示す図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は同上に用いる誘導用導体の他例を示す図である。
【図６】（ａ）は同上の要部斜視図であり、（ｂ）は比較例の要部斜視図である。
【図７】同上の他の構成例を示す要部斜視図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は同上に用いるコアの構成例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の別の構成例を示す水平断面図である。
【図１０】同上のさらに別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 原動回転体
２ 従動回転体
３ 制御部
１２ 永久磁石（磁石）
１３ 第２ヨーク
２２ 誘導用導体
２２ａ 導体パターン
２２ｂ 分割導体
２４ コア
２４ａ 磁性薄板
２５ 第１ヨーク
２６ 発電用導体
３１ 整流回路
３２ 蓄電回路
３３ 制御回路
ＳＷ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として原動機の出力軸の連続的かつほぼ一定であるトルクを受けて不連続かつ周期的にトルクの伝達を行うトルク伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機などの原動機の出力軸は連続的かつほぼ一定であるトルクを出力しているが、時計の歩進やインパクトドライバの回転のように不連続かつ周期的なトルクが必要である場合に、原動機の出力軸からトルクを受けて不連続かつ周期的にトルク伝達を行うトルク伝達装置が必要になる。機械要素の組み合わせによって、この種のトルク伝達装置を構成する技術は多々提案されている。ただし、機械要素の組み合わせによるトルク伝達装置は、騒音が発生するという問題がある。
【０００３】
一方、電磁力によるトルク伝達を行うトルク伝達装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたトルク伝達装置は、原動側である原動回転体と従動側である従動回転体とを同軸に配置し、原動回転体と従動回転体との一方に磁石を設けるとともに他方に板状の導体を設けた構成を有している。
【０００４】
この構成では、原動回転体の回転に伴って磁石により生成された磁束が導体に鎖交するとともにその磁束が時間経過に伴って変化するから、導体に誘導電流（渦電流）が流れ、この誘導電流と磁束との作用による電磁力で原動回転体のトルクが従動回転体に伝達されるようになっている。したがって、磁石と導体とを適宜に配置することによって、原動回転体のトルクを従動回転体に間欠的に伝達することが可能になる。
【特許文献１】特開２００７−２２８７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されたトルク伝達装置では、原動回転体を駆動する原動機から出力されるほぼ一定のトルクを間欠的に従動回転体に伝達することはできるが、従動回転体に伝達されるトルクは磁石と導体との配置および原動回転体の回転速度によって決まるから、原動機の回転速度が一定であれば原動機の平均負荷は一定になり、平均負荷を調節したり、トルクを伝達する周期を調節したりすることはできない。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、最大トルクを維持しながらも原動機に必要な平均負荷を調節することが可能であり、しかもトルクを伝達する周期の調節も可能であるトルク伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、原動側である原動回転体と、原動回転体と同軸に配置され従動側となる従動回転体とを有し、原動回転体と従動回転体との一方は回転面内において回転方向に交差する方向の磁束を生じさせるとともに回転方向において磁束に分布を付与する磁石を備え、原動回転体と従動回転体との他方は前記一方の回転中に磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成された誘導用導体を備え、さらに、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを切り替える制御部を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記制御部は、前記原動回転体と前記従動回転との一方の回転位置を検出する位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、複数回巻回されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、環状の分割導体を口軸方向において複数層に積層して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、前記誘導用導体は、電流路の断面において口軸方向の厚み寸法が口軸方向に直交する面内の幅寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明では、請求項６の発明において、前記コアを前記誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割された磁性薄板の積層体により形成していることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明では、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明では、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加され、前記原動回転体と前記従動回転体との他方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加され、コアと第１ヨークとは一体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明では、請求項１〜９のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記磁石における前記誘導用導体との反対面側に磁路を形成する第２ヨークが付加されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１の発明では、請求項１〜１０のいずれかの発明において、前記制御部は、前記誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるスイッチング素子を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２の発明では、請求項１〜１１のいずれかの発明において、前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体とともに前記磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成した発電用導体と、発電用導体に生じた誘導起電力を蓄電して前記制御部の電源に用いる電源回路とが付加されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３の発明では、請求項１２の発明において、前記誘導用導体の少なくとも一部が前記発電用導体と兼用されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明の構成によれば、原動回転体と従動回転体とが相対的に回転することにより、誘導用導体に鎖交する磁束が時間経過に伴って変化し、原動回転体から従動回転体にトルクが伝達される。また、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを制御部により切り替えるので、閉状態では誘導電流が流れてトルクが発生し、開状態では誘導電流が流れないからトルクが発生しなくなる。すなわち、適宜のタイミングで誘導用導体を閉状態とすることにより誘導電流によるトルクの最大値は確保しながらも、他期間では誘導用導体を開状態として誘導電流を流さないようにして原動回転体を回転させるための平均負荷を調節することができる。また、誘導用導体に誘導電流を流すタイミングを制御部により調節するから、トルクを伝達する周期の調節も可能になる。
【００２１】
請求項２の発明の構成によれば、原動回転体と従動回転体との一方の回転位置を検出する位置センサを備えており、位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えるから、原動回転体と従動回転体とのいずれかの回転位置に応じて周期的かつ自動的にトルクを伝達するタイミングを制御することが可能になる。
【００２２】
請求項３の発明の構成によれば、誘導用導体を複数回巻回しているから、磁石により生じた磁束が鎖交する誘導用導体のターン数が多くなり、それだけ大きな電磁力が発生することになる。すなわち、１ターンの誘導用導体に比較して、同程度のサイズであれば伝達トルクが大きくなり、同程度の伝達トルクであれば小型化が可能になる。
【００２３】
請求項４の発明の構成によれば、環状の分割導体を積層して形成しているから、ターン数を大きくとることができるともに、誘導用導体に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができるから、誘導用導体の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。なお、分割導体は絶縁シートを基材に用いた印刷配線基板を用いることができ、この構成では分割導体を位置決めして積層するのが容易になる。
【００２４】
請求項５の発明の構成によれば、誘導用導体の断面において誘導用導体に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができるから、誘導用導体の銅損を増加させずに、誘導用導体の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。
【００２５】
請求項６の発明の構成によれば、誘導用導体の内側に磁性体からなるコアを配置しているから、誘導用導体に鎖交する磁束を増加させることができ、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。
【００２６】
請求項７の発明の構成によれば、誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割した磁性薄板の積層体をコアに用いているから、コア内に渦電流が流れにくくなり、コアによる鉄損を低減することができる。
【００２７】
請求項８の発明の構成によれば、誘導用導体における磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークを設けているから、誘導用導体に鎖交する磁束が通る磁路の磁気抵抗を低減することになり、伝達トルクの最大値を大きくすることができる。
【００２８】
請求項９の発明の構成によれば、誘導用導体に鎖交する磁束が通る磁路を形成する第１ヨークと、誘導用導体に鎖交する磁束を増加させるコアとを一体に設けているから、誘導用導体に鎖交する磁束が通過する磁路の磁気抵抗を小さくするとともに誘導用導体に鎖交する磁束を増加させることになり、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。また、第１ヨークとコアとは一体に形成されているから、第１ヨークとコアとの連結部位での磁気抵抗の増加がない上に、コアの位置に誘導用導体を配置することで誘導用導体の位置決めが容易になるという利点がある。
【００２９】
請求項１０の発明の構成によれば、磁石の磁路を形成する第２ヨークを設けていることにより、磁路の磁気抵抗を低減させることができ、伝達トルクの最大値を大きくすることができる。なお、第２ヨークは磁石を着磁する際の着磁用のヨークとして機能させることができる。
【００３０】
請求項１１の発明の構成によれば、スイッチング素子により誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるので、閉状態と開状態とを高速にスイッチングすることが可能であり、微少時間で閉状態と開状態とを切り替えることにより、平均負荷やトルクを伝達するタイミングを様々に変化させることが可能になる。
【００３１】
請求項１２の発明の構成によれば、発電用導体を設けるとともに発電用導体に生じた誘導起電力を制御部の電源に用いるから、別途に電源回路を設けることなく制御部に給電することが可能になる。その結果、外部からの電源供給が不要であり、給電のための接触子などが不要になるから、長寿命化かつ低騒音化が可能になる。
【００３２】
請求項１３の発明の構成によれば、誘導用導体の少なくとも一部が発電用導体と兼用されているから、別途に発電用導体を設けることなく簡単な構成で制御部の電力を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本実施形態において説明するトルク伝達装置Ｚは、図２に示すように、原動機であるモータＸとトルクが伝達される負荷Ｙとの間に介在し、モータＸの出力軸から連続的かつほぼ一定の大きさで出力されるトルクを受けて、不連続かつ周期的にトルクを伝達するものである。
【００３４】
トルク伝達装置Ｚは、モータＸが結合される原動回転体１と、負荷Ｙが結合される従動回転体２とを備える。また、トルク伝達装置Ｚは、後述する誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と、誘導用導体に誘導電流を流さない開状態とを切り替える制御部３を備える。原動回転体１と従動回転体２との間では電磁力を利用してトルク伝達が行われ、原動回転体１と従動回転体２とは機械的には結合されていない（この意味で、図２において原動回転体１と従動回転体２との間を破線で結合してある）。
【００３５】
本実施形態では、図１に示すように、原動回転体１および従動回転体２がそれぞれカップ状（一方の底面が開放された有底円筒状）に形成されており、従動回転体２の内側に原動回転体１を配置した例を示す。図示例では、原動回転体１と従動回転体２とは互いに反対側の底面（つまり、原動回転体１は下底面、従動回転体２は上底面）が開放されているが、同側の底面を開放させた構成を採用してもよい。また、小型化のために原動回転体１を回転させるモータＸを原動回転体１の内側に配置しているが、モータＸは原動回転体１の外側に配置してもよい。従動回転体２には回転中心である底面の中心に回転軸２１が突設され、原動回転体１の回転中心であるモータＸの出力軸１１と回転軸２１とは同軸上に配置される。
【００３６】
上述のように、原動回転体１が従動回転体２の内側に配置されることにより、原動回転体１の周壁の外側面は従動回転体２の周壁の内側面と対向することになる。原動回転体１の周壁には、原動回転体１の回転方向において交互に異磁極となるように複数極（図示例は８極）に着磁された永久磁石（磁石）１２が設けられている。したがって、永久磁石１２は、原動回転体１の回転方向に交差する方向の磁束を生じさせ、かつ回転方向において磁束に分布を付与することになる。
【００３７】
原動回転体１の周壁は、独立した永久磁石１２を合成樹脂などの保持部材で保持することにより形成することが可能であるが、円筒状の磁性体に多極着磁を行うことによって形成するのが望ましい。また、着磁方向はラジアル方向（半径方向）としてあり、原動回転体１の内側と外側とが異磁極となるように着磁されている。
【００３８】
一方、従動回転体２の周壁には、環状（円環状や矩形環状）に形成された複数個（図示例では８個）の誘導用導体２２が設けられている。誘導用導体２２が従動回転体２の回転中心を見込む中心角は約４０度に設定されている。従動回転体２の周壁２３は、合成樹脂のような非磁性体で絶縁性を有する材料により円筒状に形成され、周壁２２の内側面に誘導用導体２２が固定されている。誘導用導体２２は、永久磁石１２と対向可能である部位に配置され、原動回転体１の回転に伴って永久磁石１２から生じた磁束が誘導用導体２２に鎖交する。また、この磁束は原動回転体１の回転により時間経過に伴って変化する。
【００３９】
ところで、上述したように、誘導用導体２２には制御部３が接続されており、誘導用導体２２に誘導電流が流れる閉状態と誘導電流を阻止する開状態とを選択することが可能になっている。誘導用導体２２は、図３（ａ）に示すように直列に接続されるか、図３（ｂ）に示すように並列に接続され、複数個の誘導用導体２２の直列回路または並列回路の両端間にスイッチング素子ＳＷを接続してある。並列接続の場合は直列接続に比べてインダクタンスを低減することができる。図３に示す矢印は永久磁石１２の移動方向を示している。
【００４０】
制御部３はスイッチング素子ＳＷおよびスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御する制御回路（図１０参照）を含む。スイッチング素子ＳＷには、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、３端子双方向サイリスタなどを用いることができる。また、高速なオンオフが不要であれば、電磁リレーのような他のスイッチ要素により閉状態と開状態とを切り替えるようにしてもよい。
【００４１】
ここに、従動回転体２の回転方向において隣り合う各一対の誘導用導体２２には逆向きに電流が流れるから、隣接する誘導用導体２２では図３における左右の異なる一端同士が接続される。なお、図１に示した構成では、永久磁石１２が８極とし誘導用導体２２を８個設けているが、図３では永久磁石１２を６極とし誘導用導体２２を６個設けている。
【００４２】
スイッチング素子ＳＷのオンオフのタイミングは適宜に設定することができるが、図示しない位置センサを制御部３に設け、位置センサにより原動回転体１または従動回転体２の回転位置を検出し、検出した回転位置に応じてスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するのが望ましい。位置センサには、永久磁石１２の回転位置を検出するホールＩＣのような磁気センサを用いるか、出力軸１１または回転軸２１に結合したロータリエンコーダを用いることができる。また、誘導用導体２２の一部を流用して位置センサとして用いれば、他の部材を追加することなく回転位置を検出することができるから低コストで位置センサの機能を付加することができる。
【００４３】
以下に動作を説明する。まず、スイッチング素子ＳＷがオンである閉状態について説明する。モータＸが回転し原動回転体１が回転すると、永久磁石１２から生じ誘導用導体２２に鎖交する磁束が時間経過に伴って変化するから、磁束の変化を妨げるように誘導用導体２２に誘導電流が流れる。したがって、誘導電流と永久磁石１２からの磁束との間に電磁力が生じ、この電磁力により従動回転体２が回転する。つまり、誘導電動機と同様の原理で従動回転体２を回転させることができる。ここで、原動回転体１の回転に伴って従動回転体２が回転するから、上述した電磁力を介在させて、原動回転体１から従動回転体２にトルクを伝達することになる。
【００４４】
ここで、複数個の誘導用導体２２が従動回転体２の回転方向に離間して配置されるとともに、複数極の永久磁石１２が原動回転体１とともに回転するから、誘導用導体２２に作用する電磁力は周期的に変化し、従動回転体２に作用するトルクは、図４（ａ）に示すように周期的に増減する。図１に示す構成では８極の永久磁石１２と８個の誘導用導体２２とを組み合わせているから、原動回転体１の１回転の間にトルクは８周期で変化する。言い換えると、原動回転体１の１回転の間に最大トルク（トルクのピーク値）が８回出現する。具体的には、原動回転体１の４５度ずつの回転角度で、−２２．５〜２２．５度、２２．５〜６７．５度、……の各角度範囲ごとに同じパターンでトルクが変化する。
【００４５】
一方、スイッチング素子ＳＷをオフにした開状態では誘導電流が流れないから、誘導用導体２２には上述した電磁力が作用せず、このときには従動回転体２にトルクを伝達することはできない。そこで、原動回転体１が適宜の回転位置である期間においてのみ閉状態とし残りの期間は開状態とすれば、閉状態の期間にのみ従動回転体２にトルクを伝達することが可能になる。
【００４６】
図４（ｂ）に示す例では、原動回転体１が２２．５〜６７．５度である角度範囲においてスイッチング素子ＳＷをオンにした（つまり、閉状態にした）場合を示している。このようなタイミングでスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するには、上述した位置センサを用いればよい。図４（ｂ）に示す例では、原動回転体１が２２．５〜６７．５度である角度範囲である期間においてのみ原動回転体１から従動回転体２にトルクが伝達され、他の期間には従動回転体２にはトルクが伝達されないことになる。その結果、全期間に亘ってトルクを伝達していた図４（ａ）の動作に比較して平均負荷トルクが約８分の１に低減されることになる。
【００４７】
ところで、誘導用導体２２には、可撓性を有する絶縁シートを基材に用いた印刷配線基板に環状の導体パターンを形成したものを用いる。この導体パターンは一部開放されており、開放部位にスイッチング素子ＳＷが設けられる。したがって、面実装型のスイッチング素子ＳＷを印刷配線基板に実装することにより、誘導用導体２２とスイッチング素子ＳＷとを一体に設けることができる。
【００４８】
ところで、導体パターンは１ターンでも誘導用導体２２として機能するが、誘導用導体２２の１ターンであるときに生じる電磁力をＦとすれば、ターン数がＮになれば、Ｎ・Ｆの電磁力が作用する。そこで、図５（ａ）に示すように、誘導用導体２２として機能する導体パターン２２ａを渦巻き状に形成することにより、複数ターンとすれば誘導用導体２２に作用する電磁力を１ターンの場合よりも大きくすることができ、結果的に従動回転体２に伝達するトルクを大きくすることが可能になる。つまり、誘導用導体２２を複数回巻回することにより、同程度のサイズでの伝達トルクを増加させることができる。また、１ターンの場合と同程度の伝達トルクであれば、原動回転体１の永久磁石１２や従動回転体２の誘導用導体２２を小型化することが可能になり、全体としての小型化に貢献する。
【００４９】
誘導用導体２２のターン数を増やすには、図５（ｂ）のように、１ターンに形成した環状の分割導体２２ｂを複数個設け、分割導体２２ｂを誘導用導体２２の口軸方向に積層するとともに、１個の巻線を形成するように電気的に接続してもよい。この場合、トルクを確保しながらも誘導用導体２２に鎖交する磁束に直交する面内での寸法を小さくすることができ、結果的に、誘導用導体２２の表面に流れる渦電流での損失を低減することができる。また、分割導体２２ｂは絶縁シートを基材として用いているから、積層の際の位置決めが容易である。
【００５０】
図５に示す構成例では、誘導用導体２２を印刷配線基板により形成することで、誘導用導体２２の位置関係を導体パターンによりあらかじめ定めておくことができるから、誘導用導体２２を従動回転体２に取り付ける際の組立作業が容易になる。
【００５１】
ところで、誘導用導体２２に生じる渦電流を低減するには、上述のように、誘導用導体２２に鎖交する磁束に直交する面内での誘導用導体２２の寸法を小さくすることが有効である。そこで、誘導用導体２２における電流路の電気抵抗が同じであれば、図６（ｂ）のように電流路の断面において口軸方向の厚み寸法Ｄ１と口軸方向に直交する面内の幅寸法Ｗ１とがほぼ等しい場合（Ｄ１≒Ｗ１）に比較して、図６（ａ）のように厚み寸法Ｄ２を幅寸法Ｗ２よりも大きくする（Ｄ２＞Ｗ２）ほうが渦電流を低減することができる。すなわち、誘導用導体２２における電流路の断面を、このような寸法関係とすることにより、渦電流をより低減し、渦電流が生じることにより損失を低減させることができる。
【００５２】
従動回転体２に伝達するトルクを増加させるには、誘導用導体２２に鎖交する磁束を増加させるか、永久磁石１２と誘導用導体２２とを含む磁路の磁気抵抗を低減する構成を採用してもよい。たとえば、図７に示すように、誘導用導体２２の内側に磁性体からなるコア２４を設けると、誘導用導体２２に鎖交する磁束を増加させることができ、それだけ伝達トルクの最大値を大きくすることが可能になる。ここに、磁性体は電気抵抗の大きいフェライトなどを用いることによって渦電流の発生を抑制し鉄損を抑制することができる。
【００５３】
コア２４としては、図８に示すように、磁性薄板２４ａを誘導用導体２２に鎖交する磁束と交差する方向に積層したものを用いてもよい。この場合、コア２４が積層鉄芯になり、コア２４内に渦電流が流れることによる鉄損を低減することができる。積層方向は、図８（ａ）のように従動回転体２の回転方向としたり、図８（ｂ）のように従動回転体２の回転軸２１の延長方向としたりすることができる。なお、磁性薄板２４ａを従動回転体２の半径方向（ラジアル方向）に積層する構成も考えられる。
【００５４】
一方、磁路の磁気抵抗を低減する構成としては、図９（ａ）に示すように、従動回転体２の周壁２３と誘導用導体２２との間（つまり、誘導用導体２２における永久磁石１２との反対面側）に磁性体からなる第１ヨーク２５を配置する構成を採用することができる。また、図９（ｂ）のように、図８に示したコア２４と第１ヨーク２５とを併用してもよい。この場合、コア２４と第１ヨーク２５とを一体に形成するのが望ましい。すなわち、第１ヨーク２５の内側面にコア２４となる凸部を設けることにより、コア２４と第１ヨーク２５とを連続一体に形成することができる。この構成を採用すれば、コア２４と第１ヨーク２５との連結部での磁気抵抗の増加を防止することができ、しかもコア２４を誘導用導体２２の位置決めに用いることができるから、製造が容易になる。なお、従動回転体２の周壁２３を磁性体で形成することにより第１ヨーク２５として用いる構成も可能である。
【００５５】
原動回転体１においては、図９（ｃ）のように、周壁の内周側に磁性体からなる第２ヨーク１３を配置することによって磁路の磁気抵抗を低減することができる。第２ヨーク１３は、各永久磁石１２の一方の磁極と磁気結合され、永久磁石１２の一方の磁極からの漏れ磁束を抑制するとともに、磁路の磁気抵抗を低減することによって、誘導用導体２２に鎖交する磁束の増加に貢献する。
【００５６】
図９（ａ）（ｂ）の構成と図９（ｃ）の構成とは組み合わせることができ、組み合わせることによって磁路の磁気抵抗を一層低減することができるから、原動回転体１と従動回転体２との間の伝達トルクの最大値をより大きくすることが可能になる。
【００５７】
ところで、制御部３はスイッチング素子ＳＷのオンオフを制御するから、駆動用の電源が必要である。もちろん制御部３に対して別途の接触子を用いて給電することが可能であるが、騒音が発生する上に接触子により寿命が短くなるおそれがある。そこで、図１０（ａ）に示すように、誘導用導体２２と並べて環状に形成した発電用導体２６を配置し、永久磁石１２により生じた磁束が発電用導体２６と鎖交することにより生じる誘導起電力を制御部３の電源に用いてもよい。
【００５８】
この場合、発電用導体２６で生じた誘導起電力を、ダイオードブリッジなどからなる整流回路３１により全波整流または半波整流し、二次電池や大容量のキャパシタを用いた蓄電回路３２により蓄電する。蓄電回路３２は電圧の安定化も行っている。このように、整流回路３２と蓄電回路３３とからなる電源回路を用いることによって、電源回路から制御回路３３に給電することが可能になり、外部電源を用いることなくスイッチング素子ＳＷの駆動が可能になる。ただし、この電源回路は、原動回転体１が回転を開始した後でなければ、制御回路３３に給電されないから、スイッチング素子ＳＷのオンオフは原動回転体１の回転が開始され、蓄電回路３２からの給電が可能になった後に行われる。
【００５９】
図１０（ａ）の構成では、発電用導体２６を誘導用導体２２とは別に設けているが、誘導用導体２２にも誘導起電力が生じているから、図１０（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷがオフであるとき（開状態であるとき）の誘導用導体２２の誘導起電力を利用して制御回路３３に給電するようにしてもよい。なお、図１０では、誘導用導体２２を並列接続しているが、直列接続した構成でもよい。
【００６０】
上述の構成例では、原動回転体１に永久磁石１２を設け、従動回転体２に誘導用導体２２を設けた例を示したが、逆に、原動回転体１に誘導用導体２２を設け、従動回転体２に永久磁石１２を設ける構成であっても同様に動作する。また、永久磁石１２に代えて電磁石を用いることも可能である。さらに、誘導用導体２２が見込む中心角や永久磁石１２および誘導用導体２２の個数は上述の例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は水平断面図である。
【図２】同上の概略構成図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上に用いる誘導用導体の接続例を示す図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は同上に用いる誘導用導体の他例を示す図である。
【図６】（ａ）は同上の要部斜視図であり、（ｂ）は比較例の要部斜視図である。
【図７】同上の他の構成例を示す要部斜視図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は同上に用いるコアの構成例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の別の構成例を示す水平断面図である。
【図１０】同上のさらに別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 原動回転体
２ 従動回転体
３ 制御部
１２ 永久磁石（磁石）
１３ 第２ヨーク
２２ 誘導用導体
２２ａ 導体パターン
２２ｂ 分割導体
２４ コア
２４ａ 磁性薄板
２５ 第１ヨーク
２６ 発電用導体
３１ 整流回路
３２ 蓄電回路
３３ 制御回路
ＳＷ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動側である原動回転体と、原動回転体と同軸に配置され従動側となる従動回転体とを有し、原動回転体と従動回転体との一方は回転面内において回転方向に交差する方向の磁束を生じさせるとともに回転方向において磁束に分布を付与する磁石を備え、原動回転体と従動回転体との他方は前記一方の回転中に磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成された誘導用導体を備え、さらに、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを切り替える制御部を備えることを特徴とするトルク伝達装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記原動回転体と前記従動回転体との一方の回転位置を検出する位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えることを特徴とする請求項１記載のトルク伝達装置。
【請求項３】
前記誘導用導体は、複数回巻回されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項４】
前記誘導用導体は、環状の分割導体を口軸方向において複数層に積層して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項５】
前記誘導用導体は、電流路の断面において口軸方向の厚み寸法が口軸方向に直交する面内の幅寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項７】
前記コアを前記誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割された磁性薄板の積層体により形成していることを特徴とする請求項６記載のトルク伝達装置。
【請求項８】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項９】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加され、前記原動回転体と前記従動回転体との他方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加され、コアと第１ヨークとは一体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１０】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記磁石における前記誘導用導体との反対面側に磁路を形成する第２ヨークが付加されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１２】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体とともに前記磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成した発電用導体と、発電用導体に生じた誘導起電力を蓄電して前記制御部の電源に用いる電源回路とが付加されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１３】
前記誘導用導体の少なくとも一部が前記発電用導体と兼用されていることを特徴とする請求項１２記載のトルク伝達装置。
【請求項１】
原動側である原動回転体と、原動回転体と同軸に配置され従動側となる従動回転体とを有し、原動回転体と従動回転体との一方は回転面内において回転方向に交差する方向の磁束を生じさせるとともに回転方向において磁束に分布を付与する磁石を備え、原動回転体と従動回転体との他方は前記一方の回転中に磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成された誘導用導体を備え、さらに、誘導用導体に誘導電流を流す閉状態と誘導電流を遮断する開状態とを切り替える制御部を備えることを特徴とするトルク伝達装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記原動回転体と前記従動回転体との一方の回転位置を検出する位置センサにより検出したタイミングで閉状態と開状態とを切り替えることを特徴とする請求項１記載のトルク伝達装置。
【請求項３】
前記誘導用導体は、複数回巻回されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項４】
前記誘導用導体は、環状の分割導体を口軸方向において複数層に積層して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項５】
前記誘導用導体は、電流路の断面において口軸方向の厚み寸法が口軸方向に直交する面内の幅寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項７】
前記コアを前記誘導用導体に鎖交する磁束と交差する方向に分割された磁性薄板の積層体により形成していることを特徴とする請求項６記載のトルク伝達装置。
【請求項８】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項９】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体の内側に磁性体からなるコアが付加され、前記原動回転体と前記従動回転体との他方には、前記誘導用導体における前記磁石との反対面側に磁路を形成する第１ヨークが付加され、コアと第１ヨークとは一体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１０】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記磁石における前記誘導用導体との反対面側に磁路を形成する第２ヨークが付加されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記誘導用導体を閉状態と開状態とに切り替えるスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１２】
前記原動回転体と前記従動回転体との一方には、前記誘導用導体とともに前記磁石により生じる磁界が鎖交するように環状に形成した発電用導体と、発電用導体に生じた誘導起電力を蓄電して前記制御部の電源に用いる電源回路とが付加されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１３】
前記誘導用導体の少なくとも一部が前記発電用導体と兼用されていることを特徴とする請求項１２記載のトルク伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５４７２２（Ｐ２０１０−１５４７２２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２９１４（Ｐ２００８−３３２９１４）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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