(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作桿と、前記動作桿を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動力を減じて前記動作桿に伝達する複数段の減速部を有する減速機構と、前記複数段の減速部の段間に配置されたトルク伝達装置とを備えた転てつ機であって、
前記トルク伝達装置は、周方向に間隔を置いて配置される複数の永久磁石と、前記永久磁石と対向して設けられる導体とで構成され、回転磁界により生ずる渦電流を利用した動力伝達機構である、
転てつ機。
【請求項２】
請求項１に記載された転てつ機であって、
前記トルク伝達装置は、ロータと、前記ロータを回転自在に収容するハウジングとを含んでおり、
前記ロータは、前記回転磁界を生ずる複数の永久磁石、又は、前記渦電流を生ずる導体が外周面に設けられており、
前記ハウジングは、前記渦電流を生ずる導体又は前記回転磁界を生ずる複数の永久磁石が内周面に設けられ、外周部に減速歯車を有している、
転てつ機。
【請求項３】
請求項１または２に記載された転てつ機であって、
前記ロータ、又は、前記ハウジングは、前記渦電流が、前記永久磁石にローレンツ力を作用させることによって回転し、
前記トルク伝達装置は、すべり回転数が増加するに従って伝達するトルクが大きくなる、
転てつ機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転てつ機に関する。
【背景技術】
【０００２】
転てつ機は、トングレールを定位と反位の間で転換させるものであり、動作桿及び鎖錠桿、これらの駆動源である駆動モータ、その駆動力を動作桿に伝達する伝達機構、鎖錠桿を鎖錠・解錠するロックピースなどを備えている。
【０００３】
転てつ機は、例えばトングレールと基本レールとの間に異物が挟まるなど、転換動作が妨害された場合、駆動モータがロックして焼損したり、急激な停止によって発生する衝撃で伝達機構などが損傷したりする恐れがあったため、例えば特許文献１に開示されているように、駆動モータの動力を伝達する減速機構の内部に、ヒステリシス式トルクリミッタ等のトルク伝達装置を組み込むと有効である。
【０００４】
ヒステリシス式トルクリミッタは、内周面をヒステリシス材により覆われた円筒状のハウジングと、永久磁石が外周面上に等間隔で配置されたロータとを含み、永久磁石の磁力によるヒステリシス材の磁化を利用して、ハウジングの回転に従ってロータが回転するように構成された動力伝達機構である。
【０００５】
このヒステリシス式トルクリミッタは、特許文献１に記載されているように、所定のトルク伝達性能を備えることによって、減速機構内部への配置が許容され、結果的に、ブレーキ手段を必要とすることなく、転換動作の妨害時の衝撃による破損を回避し得る転てつ機を実現した。
【０００６】
しかしながら、ヒステリシス式トルクリミッタは、高価なヒステリシス材を必要とするため、コスト面の課題を抱えており、さらに、次に述べるように、トルク伝達性能についても改善の余地はある。
【０００７】
ヒステリシス式トルクリミッタは、文字通り、駆動モータから出力されるトルクを制限する機構であるから、回転数によらずに一定の大きさのトルクしか伝達することができない。これは、駆動力の利用効率の観点からすると好ましくない。
【０００８】
しかも、ヒステリシス式トルクリミッタは、駆動モータに供給される電圧の変動に備えて、該供給電圧の最小値を基準とする大きさの伝達トルクとなるように、永久磁石の磁力などのパラメータを制限して構成しなければならない。
【０００９】
一般的に、電気転てつ機の供給電圧は、±２０（％）程度の範囲で変動する。転てつ機に適用される一般的なモータは誘導モータであり、この誘導モータは、回転中に供給電圧が例えば−２０（％）となった場合、出力トルクが０．８２倍、つまり０．６４倍にまで低下する。このとき、減速機構内部に設けられたヒステリシス式トルクリミッタの伝達トルクが誘導モータの出力トルクを上回ると、誘導モータは、回転軸を拘束されることにより焼損に至ることがある。したがって、これを回避すべく、ヒステリシス式トルクリミッタは、伝達するトルクの大きさを予め制限する必要が、設計上、生じてしまうのである。この点からしても、ヒステリシス式トルクリミッタは、駆動モータの駆動力を効率よく利用できるトルク伝達機構であるとは言いがたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−３６８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、駆動源の駆動力を効率よく利用し得る低コストな転てつ機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するため、本発明に係る転てつ機は、動作桿と、前記動作桿を駆動する駆動源と、前記駆動源の駆動力を減じて前記動作桿に伝達する複数段の減速部を有する減速機構と、前記複数段の減速部の間に配置されたトルク伝達装置とを備える。
【００１３】
本発明に係る転てつ機の特徴として、前記トルク伝達装置は、回転磁界により生ずる渦電流を利用した非接触の動力伝達機構であり、すべり回転数が増加するに従って、伝達するトルクが大きくなる。ここで、すべり回転数とは、出力側の回転数と入力側の回転数の差（相対回転数）を意味する。
【００１４】
本発明に係る転てつ機によると、複数段の減速部の間に配置されたトルク伝達装置を備えるから、上述した従来技術のように、慣性を減じることによって、転換動作の妨害時の衝撃による破損を回避することができる。
【００１５】
そして、本発明に係る転てつ機は、トルク伝達装置が、回転磁界により生ずる渦電流を利用した非接触の動力伝達機構であるから、ヒステリシス式トルクリミッタとは違って、高価なヒステリシス材を必要とすることがない。
【００１６】
また、本発明に係る転てつ機は、すべり回転数の増加により大きなトルクを発生させるから、駆動源への供給電圧の低下時であっても、駆動源に備わる回転軸が拘束されることもない。このため、トルク伝達装置のトルク伝達性能を、上述したように、駆動源の出力トルクの最小値に合わせて制限する必要がない。
【００１７】
さらに、本発明に係る転てつ機は、すべり回転数が増加するに従って、伝達するトルクが大きくなるため、ヒステリシス式トルクリミッタとは異なり、回転数によらずに伝達するトルクの大きさが一定に制限されることなく、駆動源の駆動力を効率的に利用することができる。これは、例えば、次のような利点をもたらすことになる。
【００１８】
転てつ機の動作桿、及び鎖錠桿は、ロッドやクランクなどの機械的な動力伝達機構を介して、トングレールと接続されている。この機構は、屋外に設置されるために、雨水による錆、小石、泥などのために、可動部分の摩擦力が増加してしまい、結果として、転てつ機の転換動作の負荷が増加することがある。
【００１９】
このような過酷な条件下にあっても、本発明に係る転てつ機は、予め、適当な出力の駆動源を備えることによって、すべり回転数が高い状態、つまり、トルク伝達装置の出力軸の回転数（回転速度）が低い状態で大きな転換力を発揮し、望ましい転換動作を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、駆動源の駆動力の効率よく利用し得る低コストな転てつ機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る転てつ機を縦断面的に示す図である。
【図２】トルク伝達装置を縦断面的に示す図である。
【図３】トルク伝達装置を平面的に示す図である。
【図４】トルク伝達装置の別の例を示す図である。
【図５】トルク伝達装置を単体としてみた場合のすべり回転数に対する伝達トルクの大きさを示すグラフである。
【図６】トルク伝達装置を誘導モータと組み合わせてみた場合の出力側の回転数に対する伝達トルクの大きさを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１を参照すると、本実施の形態に係る転てつ機１は、誘導モータ３を有している。誘導モータ３は、駆動源であって、転てつ機１のケース５に取り付けられている。ケース５内には、動作桿７、鎖錠桿９、ロックピース１１、減速機構１３、トルクリミッタ１５等が設けられている。
【００２３】
動作桿７は、図示省略するトングレールを定位及び反位の間で動作させるものであり、図１紙面の表裏方向に延びる概ね棒状の部材である。鎖錠桿９もまた、動作桿７と同様に、図１紙面の表裏方向に延びる概ね棒状の部材であって、トングレールの先端近傍に接続され、トングレールの先端近傍の位置の検出する。ロックピース１１は、所定条件に応じて、鎖錠桿９に設けられている切り欠きと係合・離脱し、鎖錠桿９の鎖錠・解錠を行う。これら動作桿７、鎖錠桿９、ロックピース１１は既存の転てつ機に設けられていた構成と同様に構成することができる。
【００２４】
減速機構１３は、誘導モータ３の駆動力を、減速して動作桿７に伝達するものである。減速機構１３は、複数段、本例では、三段の減速部を有する。一段目の減速部は、第１ギヤ２１と第２ギヤ２２とから構成され、二段目の減速部は、第３ギヤ２３と第４ギヤ２４とから構成され、三段目の減速部は、第５ギヤ２５と第６ギヤ２６とから構成されている。第１ギヤ２１及び第２ギヤ２２はそれぞれ、小ベベルギヤ及び大ベベルギヤとなっている。また、第４ギヤ２４及び第５ギヤ２５は、一体的に回転するように同一の軸部材に支持されている。一方、第２ギヤ２２と第３ギヤ２３との間には、トルク伝達装置１５が設けられており、すなわち、第２ギヤ２２及び第３ギヤ２３は、別々の軸部材に支持されている。
【００２５】
次に、図２及び図３に基づいて、トルク伝達装置１５の構成を説明する。トルク伝達装置１５は、回転磁界により生ずる渦電流を利用した非接触の動力伝達機構である。図２及び図３はそれぞれ、トルク伝達装置１５を縦断面的及び平面的に示す図である。トルク伝達装置１５は、略円筒状のハウジング３１と、その内部に回転自在に収容された略円柱状のロータ３３とを含む。
【００２６】
ハウジング３１は、磁性体からなり、外周部に大ベベルギヤである第２ギヤ２２が設けられている。ハウジング３１の上部には、出力軸３７が貫通しており、出力軸３７の上部には、第３ギヤ２３が設けられている。出力軸３７の下部すなわちハウジング３１の内側部分には、ロータ３３が設けられている。
【００２７】
ハウジング３１の内周面には、筒状の導体３５が、ロータ３３の外周面と対向するように設けられている。導体３５は、電気抵抗の低い金属/合金材料、例えば、ＣｕやＡl等を主成分とする低電気抵抗体によって構成される。
【００２８】
一方、ロータ３３は、その外周面に複数の永久磁石３３２が、周方向に間隔をおいて、配置され、固定されている。永久磁石３３２は、ロータ３３の周方向に沿い、Ｎ極及びＳ極が交互になるように配置される。実施の形態では、永久磁石３３２は、ロータ３３の軸方向に沿って伸びる棒状の形態を有している。磁極の配置に関しては、隣り合う２つの永久磁石３３２において、一方の永久磁石３３２のＳ極がロータ３３の外周面と接する内側に現れ、反対側の外側にＮ極が表れているとすると、他方の永久磁石３３２は、これとは逆に、Ｎ極がロータ３３の外周面と接する内側に現れ、反対側の外側にＳ極が表れる。永久磁石３３２は、高い磁気性能を有する希土類磁石などで構成されており、好適な例として、サマリウムコバルト磁石で構成されている。
【００２９】
ロータ３３が回転すると、その外周面に取り付けられ、ロータ３３と一体に回転する永久磁石３３２により生ずる回転磁界によって、ハウジング３１の内周面に設けられ、ロータ３３と対向する導体に渦電流が発生する。
【００３０】
この渦電流は、ロータ３３に対して、ローレンツ力を作用させる。隣接する２つの永久磁石３３２で考えた場合、一方の永久磁石３３２のＮ極による渦電流の向きと、他方の永久磁石３３２のＳ極による渦電流の向きは、正反対であるため、ロータ３３に作用するローレンツ力の方向も正反対となり、これによりロータ３３に回転力が作用する。したがって、ハウジング３１が回転すると、これに伴ってロータ３３も軸Ａを中心に回転し、トルクが伝達されることになる。
【００３１】
ロータ３３に設けられた永久磁石３３２と、ハウジング３１の内周面に設けられた導体３５は、その位置に関して、可逆性を有する。即ち、導体３５をロータ３３の外周面に設け、永久磁石３３２をハウジング３１の内周面に設けてもよい。図４にその一例を示す。
【００３２】
このような構成を有するトルク伝達装置１５の性能は、図５、及び図６に示されている。まず、図５は、トルク伝達装置１５を単体としてみた場合のすべり回転数に対する伝達トルクの大きさを示すグラフである。図中の実線は、本発明に係る転てつ機に備えられるトルク伝達装置１５の特性を示し、他方、点線は、上述した従来技術であるヒステリシス式トルクリミッタの特性を示している。
【００３３】
また、すべり回転数とは、出力側の回転数と入力側の回転数の差（相対回転数）を意味しており、本実施形態においては、ハウジング３１の回転数からロータ３３の回転数を差し引いた値となる。これは、言い換えれば、第２ギヤ２２と第３ギア２３の回転数の差分であり、ヒステリシス式トルクリミッタについても同様である。
【００３４】
図５から明確に理解されるように、ヒステリシス式トルクリミッタは、実質的に、すべり回転数によらず、一定の大きさのトルクを伝達する。これは、上述したように、ヒステリシス式トルクリミッタがヒステリシス材の磁化を利用しているためである。
【００３５】
これに対して、本発明に係る転てつ機に備えられるトルク伝達装置１５は、すべり回転数が増加するほど、大きなトルクを伝達するという特徴を備える。これは、トルク伝達装置１５が、回転磁界により生ずる渦電流を利用しており、回転磁界の回転速度の増加に従ってローレンツ力が増加するためである。
【００３６】
図６は、図５に示された特性に基づくものであって、トルク伝達装置を誘導モータと組み合わせてみた場合の出力側の回転数、すなわち第３ギア２３の回転数に対する伝達トルクの大きさを示すグラフである。図中の実線は、トルク伝達装置１５の特性を示し、他方、点線は、ヒステリシス式トルクリミッタの特性を示している。また、一点鎖線は、参考として、誘導モータ３の回転数に対する出力トルクの変化を示している。
【００３７】
図６から明確に理解されるように、ヒステリシス式トルクリミッタは、既に述べた通り、誘導モータ３の出力トルクをカットして、伝達するトルクの大きさを一定値に制限する。しかも、その値は、誘導モータ３の供給電圧の最小値を基準として設定されているため、トルク伝達装置１５と比較すると、回転数が低い領域において非常に小さいものとなる。このように、ヒステリシス式トルクリミッタは、誘導モータ３から得られる駆動力を効率よく利用することができない。
【００３８】
これに対して、本発明に係る転てつ機に備えられるトルク伝達装置１５は、出力側の回転数が低くなるに従って、伝達するトルクが大きくなる。トルク伝達装置１５は、誘導モータ３の出力トルクと比較するとわかるように、誘導モータ３から得られる駆動力を効率よく利用している。
【００３９】
本発明に係る転てつ機によると、複数段の減速部１３の間に配置されたトルク伝達装置１５を備えるから、上述した従来技術のように、慣性を減じることによって、転換動作の妨害時の衝撃による破損を回避することができる。
【００４０】
そして、本発明に係る転てつ機は、トルク伝達装置１５が、回転磁界により生ずる渦電流を利用した非接触の動力伝達機構であるから、ヒステリシス式トルクリミッタとは違って、高価なヒステリシス材を必要とすることがない。
【００４１】
また、本発明に係る転てつ機は、すべり回転数の増加により大きなトルクを発生させるから、誘導モータ３への供給電圧の低下時であっても、駆動源の回転軸が拘束されることもない。このため、トルク伝達装置１５のトルク伝達性能を、上述したように、誘導モータ３の出力トルクの最小値に合わせて制限する必要がない。
【００４２】
さらに、本発明に係る転てつ機は、すべり回転数が増加するに従って、伝達するトルクが大きくなるため、ヒステリシス式トルクリミッタを備えるものとは異なり、回転数によらずに伝達するトルクの大きさが一定に制限されることなく、誘導モータ３の駆動力を効率的に利用することができる。これは、例えば、次のような利点をもたらすことになる。
【００４３】
転てつ機の動作桿７、及び鎖錠桿９は、ロッドやクランクなどの機械的な動力伝達機構を介して、トングレールと接続されている。この機構は、屋外に設置されるために、雨水による錆、小石、泥などのために、可動部分の摩擦力が増加してしまい、結果として、転てつ機の転換動作の負荷が増加することがある。
【００４４】
このような過酷な条件下にあっても、本発明に係る転てつ機は、予め、適当な出力の誘導モータ３を備えることによって、すべり回転数が高い状態、つまり、トルク伝達装置１５の出力軸３７の回転数（回転速度）が低い状態で大きな転換力を発揮し、望ましい転換動作を実現することができる。
【００４５】
本発明に係る転てつ機に備えるトルク伝達装置１５は、転てつ機の用途に限定されず、例えば、踏切装置の遮断かんの駆動機構にも適用でき、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１                    転てつ機
３                    誘導モータ
１３                  減速機構
１５                  トルク伝達装置
３１                  ハウジング
３３                  ロータ
３３２                永久磁石
３５                  導体
【図１】
0005702692.tif 000002
【図２】
0005702692.tif 000003
【図３】
0005702692.tif 000004
【図４】
0005702692.tif 000005
【図５】
0005702692.tif 000006
【図６】
0005702692.tif 000007