プーリ構造体
【課題】回転体間を非接触として回転トルクを伝達するプーリ構造体で、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができるようにすることである。
【解決手段】２つの回転体１、２に、半径方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、これらの対向部位を磁性体１ａ、２ａで形成し、２つの回転体１、２と同軸上で回転を固定した固定体３に、２つの回転体１、２の磁性体１ａ、２ａと軸方向で近接して対向するように電磁石７を設けて、この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａとの間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体１、２間で回転トルクを伝達することにより、固定体３に設けた電磁石７への励磁電流を変化させて、磁気回路を流れる磁束の強さを変え、２つの回転体１、２の回転位相差に対応して発生するトルクを変化させるようにした。
【解決手段】２つの回転体１、２に、半径方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、これらの対向部位を磁性体１ａ、２ａで形成し、２つの回転体１、２と同軸上で回転を固定した固定体３に、２つの回転体１、２の磁性体１ａ、２ａと軸方向で近接して対向するように電磁石７を設けて、この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａとの間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体１、２間で回転トルクを伝達することにより、固定体３に設けた電磁石７への励磁電流を変化させて、磁気回路を流れる磁束の強さを変え、２つの回転体１、２の回転位相差に対応して発生するトルクを変化させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの回転体間の回転変動を吸収して、回転体間の回転トルクの伝達を可能としたプーリ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンによって回転駆動されるクランクシャフトから回転トルクを伝達される発電用のオルタネータ等の回転伝達部には、２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、これらの回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能とし、一方の回転体に回転トルクを入力または出力するプーリを設けたプーリ構造体が採用されている。
【０００３】
この種のプーリ構造体には、２つの回転体をゴム等の弾性体で連結し、弾性体の捩じれ変形を利用して回転体間の相対回転を許容し、回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能としたもの（例えば、特許文献１参照）と、一方の回転体に他方の回転体と近接対向する磁石を設け、他方の回転体を導電性金属で形成して、回転体間の相対回転によって両者を横切る磁界が変化し、導電性金属に渦電流が生じることを利用して、この渦電流による磁界との間での磁力によって、非接触で回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能としたもの（例えば、特許文献２参照）とがある。
【０００４】
特許文献１に記載されたものは、２つの回転体を連結する弾性体が、繰り返しの捩じれ変形によって疲労し、寿命が短くなる問題がある。これに対して、特許文献２に記載されたものは、２つの回転体を弾性体で連結することなく、回転体間を非接触として回転トルクを伝達するので、このような問題はなく、長期に亘って安定してトルクを伝達することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−６８５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された回転体間を非接触として回転トルクを伝達するプーリ構造体は、長期に亘って安定してトルクを伝達することができるが、一方の回転体に設ける磁石を永久磁石とすると、回転体間の相対回転による回転位相差と磁力による発生トルクとの関係が固定されるので、回転変動の吸収特性を任意に変化させることができず、適用可能範囲が限定される問題がある。回転変動の吸収特性を可変とするためには、磁石を電磁石として、回転位相差によって発生するトルクを変化させるようにすればよいが、一方の回転体と一緒に回転する電磁石に電力を供給するためには、回転体にスリップリングを取り付けて、スリップリングに電力を供給するブラシを接触させるか、電磁誘導や磁界共鳴等を用いた非接触で電力を供給する必要があり、電磁石への電力供給手段が複雑なものとなる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、回転体間を非接触として回転トルクを伝達するプーリ構造体で、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、一方の回転体にプーリを設けて、回転体間を非接触として回転体間で回転トルクを伝達するプーリ構造体において、前記２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、前記２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、前記２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と前記２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、前記回転体間で回転トルクを伝達する構成を採用した。
【０００９】
すなわち、２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体間で回転トルクを伝達することにより、回転しない固定体に設けた電磁石への励磁電流を変化させて、磁気回路を流れる磁束の強さを変え、２つの回転体の回転位相差に対応して発生するトルクを変化させて、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができるようにした。
【００１０】
前記磁性体を構成する磁性材料としては、軟鋼やＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等のフェライトを用いることができる。他に、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ケイ素鋼等も用いることができる。
【００１１】
前記周方向で間歇的に近接する２つの回転体の各対向部位を、周方向で互いに等しいピッチで設けることにより、２つの回転体に回転位相差が生じたときに、各対向部位で両者の磁性体を横切る磁束の向きを周方向で揃え、効率よく回転変動を吸収することができる。
【００１２】
前記周方向で互いに等しいピッチで設けた２つの回転体の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは０．８〜１．２、好ましくは０．９〜１．１の範囲とするとよい。比Ｓ／Ｌが０．８未満では、２つの回転体に回転位相差が生じたときに、各対向部位の磁性体の両端部同士が周方向で重なりやすく、重なった磁性体の両端部間を通る磁束が互いに打ち消し合って、電磁石の励磁電流を変化させても、発生するトルクの変化量が少なくなり、比Ｓ／Ｌが１．２を越えると、各対向部位の磁性体間に周方向で隙間が生じやすく、磁気抵抗が大きくなって、発生するトルクが小さくなるからである。
【００１３】
前記各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０とするのがさらに好ましい。比Ｓ／Ｌを１．０、すなわち、各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬを等しくすると、２つの回転体の回転位相差が各対向部位の半ピッチ分と等しくなり、各対向部位の磁性体が周方向で互い違いに位置する状態になっても、各対向部位の磁性体の端部同士が周方向で重ならず、かつ、磁性体間に周方向で隙間が生じない最適な状態とすることができる。
【００１４】
前記２つの回転体の対向部位間の間隔ｄは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ前後とするとよい。間隔ｄが１ｍｍを越えると、磁気抵抗が大きくなって、効率のよい磁気回路が形成されにくいからである。また、間隔ｄが０．５ｍｍよりも小さくなると、間隔を確保するための加工コストが増加する。
【００１５】
前記２つの回転体の各対向部位と、これらと対向する前記電磁石との間隔ｅは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ前後とするとよい。間隔ｅが１ｍｍを越えると、磁気抵抗が大きくなって、効率のよい磁気回路が形成されにくいからである。また、間隔ｅが０．５ｍｍよりも小さくなると、間隔を確保するための加工コストが増加する。
【００１６】
前記２つの回転体の各対向部位と前記電磁石とを軸方向で対向させることにより、２つの回転体の各対向部位と電磁石との間隔ｅを容易に設定することができる。電磁石を設ける固定体も容易に同軸上に配置することができ、設計もコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るプーリ構造体は、２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体間で回転トルクを伝達するようにしたので、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図２】（ａ）は図１のII−II線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）の回転体間に回転位相差が生じた状態を示す断面図
【図３】（ａ）は図２の回転位相差が各対向部位の半ピッチ分と等しくなった状態を示す一部省略断面図、（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを、それぞれＳ／Ｌ＜１、Ｓ／Ｌ＞１としたときの一部省略断面図
【図４】実施例で測定した各励磁電流での回転位相差と発生トルクの関係を示すグラフ
【図５】図４の発生トルクの最大値と励磁電流の関係を示すグラフ
【図６】第２の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図６のVIIa−VIIa線とVIIb−VIIbに沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は、第１の実施形態を示す。このプーリ構造体は、図１に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、これらの各回転体１、２と同軸上に、回転を固定された環状の固定体３が、第２回転体２に外嵌されるようにコンパクトに配置されている。第１回転体１は、外径面に回転トルクが入力されるプーリ４が設けられ、転がり軸受５とすべり軸受６によって第２回転体２と固定体３に支持されており、第２回転体２と相対回転可能とされている。
【００２０】
前記第１回転体１の内径面と第２回転体２の外径面には、半径方向で互いに近接して対向する磁性体１ａ、２ａが取り付けられている。これらの磁性体１ａ、２ａ間の半径方向の間隔ｄは１ｍｍ以下に設定されている。各磁性体１ａ、２ａは、軟鋼、フェライト、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ケイ素鋼等の磁性材料で形成され、ねじ等で各回転体１、２に取り付けられる。
【００２１】
また、前記環状の固定体３は、磁性材料で形成されたコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とされ、この電磁石７が各磁性体１ａ、２ａと軸方向で近接して対向するように配置されている。この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａ間の軸方向の間隔ｅも１ｍｍ以下に設定されている。
【００２２】
したがって、前記電磁石７の導線７ｂに励磁電流を流すと、図１中に矢印で示すように、コ字断面の枠体７ａと各磁性体１ａ、２ａを周回するように、励磁電流の大きさに応じた磁束の強さで磁気回路が形成される。電磁石７は回転を固定された固定体３に設けられているので、スリップリング等を用いることなく、導線７ｂを電源（図示省略）と結線するのみで励磁電流を流すことができる。
【００２３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記各回転体１、２の磁性体１ａ、２ａは、周方向で互いに等しいピッチで取り付けられ、各磁性体１ａ、２ａの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０とされている。この実施形態では、半径方向で互いに近接する各磁性体１ａ、２ａが、周方向で５箇所ずつに取り付けられている。
【００２４】
図２（ａ）は、前記２つの回転体１、２が、各磁性体１ａ、２ａ同士が完全に対向し、位相差のない状態を示す。この状態では、図中に矢印で示すように、磁気回路の磁束が各磁性体１ａ、２ａを半径方向へ直角に横切り、第１回転体１のプーリ４に入力される回転トルクが第２回転体２に伝達される。
【００２５】
図２（ｂ）は、前記第１回転体１の加減速や入力トルクの振動等によって、２つの回転体１、２間に回転位相差が生じた状態を示す。この状態では、各図中に矢印で示すように、磁気回路の磁束が各磁性体１ａ、２ａを半径方向へ斜めに横切り、回転位相差を解消するようにトルクＴが発生する。図２（ｂ）は、第２回転体２の回転が進んで回転位相差が生じた状態を示すが、第２回転体２の回転が遅れて回転位相差が生じた状態でも、この回転遅れがなくなるように回転位相差を解消するトルク（回転ブレーキ）が発生する。
【００２６】
図３（ａ）は、前記２つの回転体１、２間に回転位相差が、各磁性体１ａ、２ａの取り付けピッチの半ピッチ分と等しくなった状態を示す。図３（ｂ）は、周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／ＬをＳ／Ｌ＜１とした場合、図３（ｃ）は、Ｓ／Ｌ＞１とした場合を参考として示す。この実施形態では、各磁性体１ａ、２ａの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０、すなわち周方向間隔Ｓと周方向長さＬが等しくなるように設定されているので、このような半ピッチ分の回転位相差が生じても、図３（ｂ）に示すように、各磁性体１ａ、２ａの両端部同士が周方向で重ならず、かつ、図３（ｃ）に示すように、各磁性体１ａ、２ａ間に周方向で隙間が生じることもない。したがって、各磁性体１ａ、２ａの両端部間を通る磁束が互いに打ち消し合って、電磁石７の励磁電流を変化させたときに発生するトルクの変化量が少なくなることはなく、かつ、各磁性体１ａ、２ａの両端部間の磁気抵抗が大きくなって、発生トルクが小さくなることもない。
【実施例】
【００２７】
実施例として、軟鋼Ｓ２５Ｃで形成したリングの内周に、軟鋼Ｓ２５Ｃで形成した磁性体１ａのセグメントを、中心角７２°の等ピッチで５箇所に取り付けた第１回転体１と、同じくＳ２５Ｃで形成したリングの外周に、Ｓ２５Ｃで形成した磁性体２ａのセグメントを、中心角７２°の等ピッチで５箇所に取り付けた第２回転体２と、Ｓ２５Ｃで形成したコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とした環状の固定体３とを、図１に示したように配置して構成したプーリ構造体を用意した。
【００２８】
前記第１回転体１のリングは外径６２ｍｍ、内径５５ｍｍ、第２回転体２は外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍとし、その軸方向幅はいずれも１２ｍｍとした。第１回転体１の磁性体１ａの内径は４３ｍｍ、第２回転体２の磁性体２ａの外径は４２ｍｍとし、これらの半径方向の間隔ｄを０．５ｍｍに設定した。また、各磁性体１ａ、２ａの中心角は３６°とし、これらの周方向長さＬと周方向間隔Ｓが等しくなるようにした。
【００２９】
前記固定体３の電磁石７の枠体７ａは、外径６２ｍｍ、内径２２ｍｍ、軸方向幅１７ｍｍとし、コ字断面の３方向の厚みはいずれも４ｍｍとして、各磁性体１ａ、２ａとの軸方向の間隔ｅを０．５ｍｍに設定した。また、導線７ｂは直径０．５ｍｍのホルマル線とし、枠体７ａのコ字断面の内側に５２８巻した。
【００３０】
上述したプーリ構造体の電磁石７の励磁電流Ｉを、１Ａ、３Ａ、５Ａと３段階に変え、第１回転体１と第２回転体２との回転位相差Δθを０〜７２°（磁性体の１ピッチ分）まで変化させて、各回転位相差で発生するトルクＴを測定した。
【００３１】
図４は、前記発生トルクＴの測定結果を示す。この測定結果によれば、２つの回転体１、２の磁性体１ａ、２ａが完全に重なる回転位相差Δθが０°、７２°のときと、磁性体１ａと磁性体２ａのない部位が完全に重なる回転位相差Δθが３６°のときに、発生トルクＴは零となり、Δθ＝０〜３６°の範囲では、発生トルクＴの方向が正、すなわち、回転位相差Δθを０°とする方向に作用する。Δθ＝３６〜７２°の範囲では、発生トルクＴの方向が負、すなわち、回転位相差Δθを７２°として、１ピッチ分ずれた位置で回転位相差をなくすように作用する。また、これらの発生トルクＴの絶対値は、励磁電流Ｉが大きくなるほど増大している。
【００３２】
図５は、図４における正の発生トルクＴの最大値を励磁電流Ｉに対してプロットしたものである。発生トルクＴの最大値は、励磁電流Ｉにほぼ比例して増大している。したがって、励磁電流Ｉを変化させることにより、２つの回転体１、２間の回転位相差Δθ、すなわち回転変動の吸収特性を簡単に変えることができる。なお、発生トルクＴは、導線７ｂの巻数を変えることによっても可変とすることができる。
【００３３】
図６および図７は、第２の実施形態を示す。このプーリ構造体も、図６に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、これらの各回転体１、２と同軸上に、回転を固定された環状の固定体３が、第２回転体２に外嵌されるように配置されている。第１回転体１は、外径面に回転トルクが入力されるプーリ４が設けられ、転がり軸受５とすべり軸受６によって第２回転体２と固定体３に支持されており、第２回転体２と相対回転可能とされている。
【００３４】
この実施形態では、前記第１回転体１の内径面に筒状の磁性体１ａが取り付けられ、第２回転体２の外径面には、磁性体１ａと軸方向で対向する外向きのフランジ２ｃを設けた筒状の磁性体２ａが取り付けられており、軸方向で対向する磁性体１ａの片側端面と磁性体２ａのフランジ２ｃには、軸方向で互いに近接して対向する対向部１ｂ、２ｂが形成されている。これらの対向部１ｂ、２ｂ間の軸方向の間隔ｄは１ｍｍ以下に設定されている。
【００３５】
また、前記環状の固定体３は、第１の実施形態のものと同様に、磁性材料で形成されたコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とされ、この電磁石７が各磁性体１ａ、２ａの対向部１ｂ、２ｂと反対側の端面と軸方向で近接して対向するように配置されている。この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａ間の軸方向の間隔ｅも１ｍｍ以下に設定されている。したがって、電磁石７の導線７ｂに励磁電流を流すと、図６中に矢印で示すように、コ字断面の枠体７ａと各磁性体１ａ、２ａを周回するように、励磁電流の大きさに応じた磁束の強さで磁気回路が形成される。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、前記各磁性体１ａ、２ａの対向部１ｂ、２ｂは、周方向で互いに等しいピッチで突出するように、周方向で５箇所ずつに形成され、各対向部１ｂ、２ｂの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの各比Ｓ／Ｌは１．０とされている。図示は省略するが、磁気回路の磁束は、各対向部１ｂ、２ｂを軸方向へ回転方向と直角に横切り、第１回転体１のプーリ４に入力される回転トルクが第２回転体２に伝達される。また、２つの回転体１，２に回転位相差が生じると、この各対向部１ｂ、２ｂを横切る磁束が回転方向と傾き、回転位相差を解消するようにトルクが発生する。
【００３７】
上述した各実施形態では、回転トルクが入力されるプーリを第１回転体側に設けたが、プーリは第２回転体側に設けることもでき、回転トルクを出力するプーリとすることもできる。
【００３８】
上述した各実施形態では、固定体の電磁石を各回転体の互いに対向する磁性体と軸方向で近接させて対向させたが、電磁石はこれらの対向する磁性体と半径方向で近接させて対向させることもできる。また、各回転体の磁性体で形成した対向部位を周方向で５箇所ずつに設けたが、これらの対向部位は５箇所に限定されることはなく、任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 第１回転体
２ 第２回転体
１ａ、２ａ 磁性体
１ｂ、２ｂ 対向部
２ｃ フランジ
３ 固定体
４ プーリ
５ 転がり軸受
６ すべり軸受
７ 電磁石
７ａ 枠体
７ｂ 導線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの回転体間の回転変動を吸収して、回転体間の回転トルクの伝達を可能としたプーリ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンによって回転駆動されるクランクシャフトから回転トルクを伝達される発電用のオルタネータ等の回転伝達部には、２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、これらの回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能とし、一方の回転体に回転トルクを入力または出力するプーリを設けたプーリ構造体が採用されている。
【０００３】
この種のプーリ構造体には、２つの回転体をゴム等の弾性体で連結し、弾性体の捩じれ変形を利用して回転体間の相対回転を許容し、回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能としたもの（例えば、特許文献１参照）と、一方の回転体に他方の回転体と近接対向する磁石を設け、他方の回転体を導電性金属で形成して、回転体間の相対回転によって両者を横切る磁界が変化し、導電性金属に渦電流が生じることを利用して、この渦電流による磁界との間での磁力によって、非接触で回転体間の回転変動を吸収して回転体間の回転トルクの伝達を可能としたもの（例えば、特許文献２参照）とがある。
【０００４】
特許文献１に記載されたものは、２つの回転体を連結する弾性体が、繰り返しの捩じれ変形によって疲労し、寿命が短くなる問題がある。これに対して、特許文献２に記載されたものは、２つの回転体を弾性体で連結することなく、回転体間を非接触として回転トルクを伝達するので、このような問題はなく、長期に亘って安定してトルクを伝達することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−６８５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された回転体間を非接触として回転トルクを伝達するプーリ構造体は、長期に亘って安定してトルクを伝達することができるが、一方の回転体に設ける磁石を永久磁石とすると、回転体間の相対回転による回転位相差と磁力による発生トルクとの関係が固定されるので、回転変動の吸収特性を任意に変化させることができず、適用可能範囲が限定される問題がある。回転変動の吸収特性を可変とするためには、磁石を電磁石として、回転位相差によって発生するトルクを変化させるようにすればよいが、一方の回転体と一緒に回転する電磁石に電力を供給するためには、回転体にスリップリングを取り付けて、スリップリングに電力を供給するブラシを接触させるか、電磁誘導や磁界共鳴等を用いた非接触で電力を供給する必要があり、電磁石への電力供給手段が複雑なものとなる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、回転体間を非接触として回転トルクを伝達するプーリ構造体で、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、一方の回転体にプーリを設けて、回転体間を非接触として回転体間で回転トルクを伝達するプーリ構造体において、前記２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、前記２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、前記２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と前記２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、前記回転体間で回転トルクを伝達する構成を採用した。
【０００９】
すなわち、２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体間で回転トルクを伝達することにより、回転しない固定体に設けた電磁石への励磁電流を変化させて、磁気回路を流れる磁束の強さを変え、２つの回転体の回転位相差に対応して発生するトルクを変化させて、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができるようにした。
【００１０】
前記磁性体を構成する磁性材料としては、軟鋼やＮｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト等のフェライトを用いることができる。他に、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ケイ素鋼等も用いることができる。
【００１１】
前記周方向で間歇的に近接する２つの回転体の各対向部位を、周方向で互いに等しいピッチで設けることにより、２つの回転体に回転位相差が生じたときに、各対向部位で両者の磁性体を横切る磁束の向きを周方向で揃え、効率よく回転変動を吸収することができる。
【００１２】
前記周方向で互いに等しいピッチで設けた２つの回転体の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは０．８〜１．２、好ましくは０．９〜１．１の範囲とするとよい。比Ｓ／Ｌが０．８未満では、２つの回転体に回転位相差が生じたときに、各対向部位の磁性体の両端部同士が周方向で重なりやすく、重なった磁性体の両端部間を通る磁束が互いに打ち消し合って、電磁石の励磁電流を変化させても、発生するトルクの変化量が少なくなり、比Ｓ／Ｌが１．２を越えると、各対向部位の磁性体間に周方向で隙間が生じやすく、磁気抵抗が大きくなって、発生するトルクが小さくなるからである。
【００１３】
前記各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０とするのがさらに好ましい。比Ｓ／Ｌを１．０、すなわち、各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬを等しくすると、２つの回転体の回転位相差が各対向部位の半ピッチ分と等しくなり、各対向部位の磁性体が周方向で互い違いに位置する状態になっても、各対向部位の磁性体の端部同士が周方向で重ならず、かつ、磁性体間に周方向で隙間が生じない最適な状態とすることができる。
【００１４】
前記２つの回転体の対向部位間の間隔ｄは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ前後とするとよい。間隔ｄが１ｍｍを越えると、磁気抵抗が大きくなって、効率のよい磁気回路が形成されにくいからである。また、間隔ｄが０．５ｍｍよりも小さくなると、間隔を確保するための加工コストが増加する。
【００１５】
前記２つの回転体の各対向部位と、これらと対向する前記電磁石との間隔ｅは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ前後とするとよい。間隔ｅが１ｍｍを越えると、磁気抵抗が大きくなって、効率のよい磁気回路が形成されにくいからである。また、間隔ｅが０．５ｍｍよりも小さくなると、間隔を確保するための加工コストが増加する。
【００１６】
前記２つの回転体の各対向部位と前記電磁石とを軸方向で対向させることにより、２つの回転体の各対向部位と電磁石との間隔ｅを容易に設定することができる。電磁石を設ける固定体も容易に同軸上に配置することができ、設計もコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るプーリ構造体は、２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、回転体間で回転トルクを伝達するようにしたので、簡単な手段で回転変動の吸収特性を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図２】（ａ）は図１のII−II線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）の回転体間に回転位相差が生じた状態を示す断面図
【図３】（ａ）は図２の回転位相差が各対向部位の半ピッチ分と等しくなった状態を示す一部省略断面図、（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを、それぞれＳ／Ｌ＜１、Ｓ／Ｌ＞１としたときの一部省略断面図
【図４】実施例で測定した各励磁電流での回転位相差と発生トルクの関係を示すグラフ
【図５】図４の発生トルクの最大値と励磁電流の関係を示すグラフ
【図６】第２の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図６のVIIa−VIIa線とVIIb−VIIbに沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は、第１の実施形態を示す。このプーリ構造体は、図１に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、これらの各回転体１、２と同軸上に、回転を固定された環状の固定体３が、第２回転体２に外嵌されるようにコンパクトに配置されている。第１回転体１は、外径面に回転トルクが入力されるプーリ４が設けられ、転がり軸受５とすべり軸受６によって第２回転体２と固定体３に支持されており、第２回転体２と相対回転可能とされている。
【００２０】
前記第１回転体１の内径面と第２回転体２の外径面には、半径方向で互いに近接して対向する磁性体１ａ、２ａが取り付けられている。これらの磁性体１ａ、２ａ間の半径方向の間隔ｄは１ｍｍ以下に設定されている。各磁性体１ａ、２ａは、軟鋼、フェライト、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ケイ素鋼等の磁性材料で形成され、ねじ等で各回転体１、２に取り付けられる。
【００２１】
また、前記環状の固定体３は、磁性材料で形成されたコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とされ、この電磁石７が各磁性体１ａ、２ａと軸方向で近接して対向するように配置されている。この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａ間の軸方向の間隔ｅも１ｍｍ以下に設定されている。
【００２２】
したがって、前記電磁石７の導線７ｂに励磁電流を流すと、図１中に矢印で示すように、コ字断面の枠体７ａと各磁性体１ａ、２ａを周回するように、励磁電流の大きさに応じた磁束の強さで磁気回路が形成される。電磁石７は回転を固定された固定体３に設けられているので、スリップリング等を用いることなく、導線７ｂを電源（図示省略）と結線するのみで励磁電流を流すことができる。
【００２３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記各回転体１、２の磁性体１ａ、２ａは、周方向で互いに等しいピッチで取り付けられ、各磁性体１ａ、２ａの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０とされている。この実施形態では、半径方向で互いに近接する各磁性体１ａ、２ａが、周方向で５箇所ずつに取り付けられている。
【００２４】
図２（ａ）は、前記２つの回転体１、２が、各磁性体１ａ、２ａ同士が完全に対向し、位相差のない状態を示す。この状態では、図中に矢印で示すように、磁気回路の磁束が各磁性体１ａ、２ａを半径方向へ直角に横切り、第１回転体１のプーリ４に入力される回転トルクが第２回転体２に伝達される。
【００２５】
図２（ｂ）は、前記第１回転体１の加減速や入力トルクの振動等によって、２つの回転体１、２間に回転位相差が生じた状態を示す。この状態では、各図中に矢印で示すように、磁気回路の磁束が各磁性体１ａ、２ａを半径方向へ斜めに横切り、回転位相差を解消するようにトルクＴが発生する。図２（ｂ）は、第２回転体２の回転が進んで回転位相差が生じた状態を示すが、第２回転体２の回転が遅れて回転位相差が生じた状態でも、この回転遅れがなくなるように回転位相差を解消するトルク（回転ブレーキ）が発生する。
【００２６】
図３（ａ）は、前記２つの回転体１、２間に回転位相差が、各磁性体１ａ、２ａの取り付けピッチの半ピッチ分と等しくなった状態を示す。図３（ｂ）は、周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／ＬをＳ／Ｌ＜１とした場合、図３（ｃ）は、Ｓ／Ｌ＞１とした場合を参考として示す。この実施形態では、各磁性体１ａ、２ａの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌは１．０、すなわち周方向間隔Ｓと周方向長さＬが等しくなるように設定されているので、このような半ピッチ分の回転位相差が生じても、図３（ｂ）に示すように、各磁性体１ａ、２ａの両端部同士が周方向で重ならず、かつ、図３（ｃ）に示すように、各磁性体１ａ、２ａ間に周方向で隙間が生じることもない。したがって、各磁性体１ａ、２ａの両端部間を通る磁束が互いに打ち消し合って、電磁石７の励磁電流を変化させたときに発生するトルクの変化量が少なくなることはなく、かつ、各磁性体１ａ、２ａの両端部間の磁気抵抗が大きくなって、発生トルクが小さくなることもない。
【実施例】
【００２７】
実施例として、軟鋼Ｓ２５Ｃで形成したリングの内周に、軟鋼Ｓ２５Ｃで形成した磁性体１ａのセグメントを、中心角７２°の等ピッチで５箇所に取り付けた第１回転体１と、同じくＳ２５Ｃで形成したリングの外周に、Ｓ２５Ｃで形成した磁性体２ａのセグメントを、中心角７２°の等ピッチで５箇所に取り付けた第２回転体２と、Ｓ２５Ｃで形成したコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とした環状の固定体３とを、図１に示したように配置して構成したプーリ構造体を用意した。
【００２８】
前記第１回転体１のリングは外径６２ｍｍ、内径５５ｍｍ、第２回転体２は外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍとし、その軸方向幅はいずれも１２ｍｍとした。第１回転体１の磁性体１ａの内径は４３ｍｍ、第２回転体２の磁性体２ａの外径は４２ｍｍとし、これらの半径方向の間隔ｄを０．５ｍｍに設定した。また、各磁性体１ａ、２ａの中心角は３６°とし、これらの周方向長さＬと周方向間隔Ｓが等しくなるようにした。
【００２９】
前記固定体３の電磁石７の枠体７ａは、外径６２ｍｍ、内径２２ｍｍ、軸方向幅１７ｍｍとし、コ字断面の３方向の厚みはいずれも４ｍｍとして、各磁性体１ａ、２ａとの軸方向の間隔ｅを０．５ｍｍに設定した。また、導線７ｂは直径０．５ｍｍのホルマル線とし、枠体７ａのコ字断面の内側に５２８巻した。
【００３０】
上述したプーリ構造体の電磁石７の励磁電流Ｉを、１Ａ、３Ａ、５Ａと３段階に変え、第１回転体１と第２回転体２との回転位相差Δθを０〜７２°（磁性体の１ピッチ分）まで変化させて、各回転位相差で発生するトルクＴを測定した。
【００３１】
図４は、前記発生トルクＴの測定結果を示す。この測定結果によれば、２つの回転体１、２の磁性体１ａ、２ａが完全に重なる回転位相差Δθが０°、７２°のときと、磁性体１ａと磁性体２ａのない部位が完全に重なる回転位相差Δθが３６°のときに、発生トルクＴは零となり、Δθ＝０〜３６°の範囲では、発生トルクＴの方向が正、すなわち、回転位相差Δθを０°とする方向に作用する。Δθ＝３６〜７２°の範囲では、発生トルクＴの方向が負、すなわち、回転位相差Δθを７２°として、１ピッチ分ずれた位置で回転位相差をなくすように作用する。また、これらの発生トルクＴの絶対値は、励磁電流Ｉが大きくなるほど増大している。
【００３２】
図５は、図４における正の発生トルクＴの最大値を励磁電流Ｉに対してプロットしたものである。発生トルクＴの最大値は、励磁電流Ｉにほぼ比例して増大している。したがって、励磁電流Ｉを変化させることにより、２つの回転体１、２間の回転位相差Δθ、すなわち回転変動の吸収特性を簡単に変えることができる。なお、発生トルクＴは、導線７ｂの巻数を変えることによっても可変とすることができる。
【００３３】
図６および図７は、第２の実施形態を示す。このプーリ構造体も、図６に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、これらの各回転体１、２と同軸上に、回転を固定された環状の固定体３が、第２回転体２に外嵌されるように配置されている。第１回転体１は、外径面に回転トルクが入力されるプーリ４が設けられ、転がり軸受５とすべり軸受６によって第２回転体２と固定体３に支持されており、第２回転体２と相対回転可能とされている。
【００３４】
この実施形態では、前記第１回転体１の内径面に筒状の磁性体１ａが取り付けられ、第２回転体２の外径面には、磁性体１ａと軸方向で対向する外向きのフランジ２ｃを設けた筒状の磁性体２ａが取り付けられており、軸方向で対向する磁性体１ａの片側端面と磁性体２ａのフランジ２ｃには、軸方向で互いに近接して対向する対向部１ｂ、２ｂが形成されている。これらの対向部１ｂ、２ｂ間の軸方向の間隔ｄは１ｍｍ以下に設定されている。
【００３５】
また、前記環状の固定体３は、第１の実施形態のものと同様に、磁性材料で形成されたコ字断面の枠体７ａの内側に導線７ｂを巻いた電磁石７とされ、この電磁石７が各磁性体１ａ、２ａの対向部１ｂ、２ｂと反対側の端面と軸方向で近接して対向するように配置されている。この電磁石７と各磁性体１ａ、２ａ間の軸方向の間隔ｅも１ｍｍ以下に設定されている。したがって、電磁石７の導線７ｂに励磁電流を流すと、図６中に矢印で示すように、コ字断面の枠体７ａと各磁性体１ａ、２ａを周回するように、励磁電流の大きさに応じた磁束の強さで磁気回路が形成される。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、前記各磁性体１ａ、２ａの対向部１ｂ、２ｂは、周方向で互いに等しいピッチで突出するように、周方向で５箇所ずつに形成され、各対向部１ｂ、２ｂの周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの各比Ｓ／Ｌは１．０とされている。図示は省略するが、磁気回路の磁束は、各対向部１ｂ、２ｂを軸方向へ回転方向と直角に横切り、第１回転体１のプーリ４に入力される回転トルクが第２回転体２に伝達される。また、２つの回転体１，２に回転位相差が生じると、この各対向部１ｂ、２ｂを横切る磁束が回転方向と傾き、回転位相差を解消するようにトルクが発生する。
【００３７】
上述した各実施形態では、回転トルクが入力されるプーリを第１回転体側に設けたが、プーリは第２回転体側に設けることもでき、回転トルクを出力するプーリとすることもできる。
【００３８】
上述した各実施形態では、固定体の電磁石を各回転体の互いに対向する磁性体と軸方向で近接させて対向させたが、電磁石はこれらの対向する磁性体と半径方向で近接させて対向させることもできる。また、各回転体の磁性体で形成した対向部位を周方向で５箇所ずつに設けたが、これらの対向部位は５箇所に限定されることはなく、任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 第１回転体
２ 第２回転体
１ａ、２ａ 磁性体
１ｂ、２ｂ 対向部
２ｃ フランジ
３ 固定体
４ プーリ
５ 転がり軸受
６ すべり軸受
７ 電磁石
７ａ 枠体
７ｂ 導線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、一方の回転体にプーリを設けて、回転体間を非接触として回転体間でトルクを伝達するプーリ構造体において、前記２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、前記２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、前記２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と前記２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、前記回転体間でトルクを伝達することを特徴とするプーリ構造体。
【請求項２】
前記周方向で間歇的に近接する２つの回転体の各対向部位を、周方向で互いに等しいピッチで設けた請求項１に記載のプーリ構造体。
【請求項３】
前記周方向で互いに等しいピッチで設けた２つの回転体の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを０．８〜１．２の範囲とした請求項２に記載のプーリ構造体。
【請求項４】
前記各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを１．０とした請求項３に記載のプーリ構造体。
【請求項５】
前記２つの回転体の対向部位間の間隔ｄを１ｍｍ以下とした請求項１乃至４のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項６】
前記２つの回転体の各対向部位と、これらと対向する前記電磁石との間隔ｅを１ｍｍ以下とした請求項１乃至５のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項７】
前記２つの回転体の各対向部位と前記電磁石とを軸方向で対向させた請求項１乃至６のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項１】
２つの回転体を同軸上で相対回転可能に配置し、一方の回転体にプーリを設けて、回転体間を非接触として回転体間でトルクを伝達するプーリ構造体において、前記２つの回転体に、半径方向または軸方向で互いに対向して、周方向で間歇的に近接する対向部位を設けて、少なくともこれらの対向部位を磁性体で形成し、前記２つの回転体と同軸上で回転を固定した固定体に、前記２つの回転体の各対向部位を形成する磁性体と半径方向または軸方向で近接して対向するように電磁石を設けて、この電磁石と前記２つの回転体の各磁性体との間で磁気回路を形成し、この磁気回路を流れる磁束によって、前記回転体間でトルクを伝達することを特徴とするプーリ構造体。
【請求項２】
前記周方向で間歇的に近接する２つの回転体の各対向部位を、周方向で互いに等しいピッチで設けた請求項１に記載のプーリ構造体。
【請求項３】
前記周方向で互いに等しいピッチで設けた２つの回転体の各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを０．８〜１．２の範囲とした請求項２に記載のプーリ構造体。
【請求項４】
前記各対向部位の周方向間隔Ｓと周方向長さＬとの比Ｓ／Ｌを１．０とした請求項３に記載のプーリ構造体。
【請求項５】
前記２つの回転体の対向部位間の間隔ｄを１ｍｍ以下とした請求項１乃至４のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項６】
前記２つの回転体の各対向部位と、これらと対向する前記電磁石との間隔ｅを１ｍｍ以下とした請求項１乃至５のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項７】
前記２つの回転体の各対向部位と前記電磁石とを軸方向で対向させた請求項１乃至６のいずれかに記載のプーリ構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２２５３２（Ｐ２０１２−１２２５３２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２９３２（Ｐ２０１０−２７２９３２）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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