JP2004060704A - 磁気歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一の磁気歯車に磁気的に噛合する複数の磁気歯車間での磁束の発生を緩和し、これらの回転阻害を抑制して高効率での伝動を可能とする。
【解決手段】磁気歯車として構成されたサンギヤ１、リングギヤ２及び複数のプラネタリギヤ３，３…を備える遊星歯車装置において、サンギヤ１とリングギヤ２との間の環状空間に並び、これらに磁気的に噛合する複数のプラネタリギヤ３，３…の間に磁性体製の仕切り体４，４…を配し、プラネタリギヤ３，３…の相互間での磁束の発生を緩和して、これらの磁束の作用によるプラネタリギヤ３，３…の回転阻害を抑制する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎ，Ｓに着磁された着磁部を周面に交互に並設してなる磁気歯車を用い、ギャップを隔てて対向する着磁部間の作用力により非接触での伝動を行わせることにより、例えば、電動パワーステアリング装置において操舵補助用のモータの回転を舵取機構に伝達すべく用いられる磁気歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる電動パワーステアリング装置は、舵取り操作のために操舵手段（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成となっており、車速、操舵角、ヨーレート等、車両の走行状態に応じた補助力特性の変更制御に柔軟に対応することが可能であることから、近年、多くの車両に装備されるようになっている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置においては、操舵補助のために十分な高出力を有し、舵取機構周辺の限定されたスペースに配設可能な小型のモータが得難いという問題があり、この問題を解消すべく従来から、操舵補助用のモータから舵取機構への伝動系に減速装置を介装し、この減速装置により前記モータの回転力を増力して舵取機構に伝えるようにした構成が広く採用されている。
【０００４】
前記減速装置としては、高効率での確実な伝動を可能とすべく歯車装置が一般的に用いられており、特に、ウォーム歯車装置、遊星歯車装置等、コンパクトな構成により高減速比（高増力比）が得られる歯車装置が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の如き歯車装置を用いた場合、該歯車装置内にて噛合する複数の歯車間にて噛合音が発生することが避けられず、この噛合音が、停車中、低速走行中等のエンジン音が小さい走行状態下において異音として運転者に聴取されて、乗り心地の悪化を招くという問題があった。
【０００６】
噛合音の発生は、歯車装置の複数の歯車間のバックラッシを適正化することにより緩和し得るが、このためには、各歯車の加工及び組立てを高精度に行わせる必要があり、多大の加工及び組立て工数を要するという新たな問題が発生する。また噛合音の発生を抑えるために、樹脂製の歯車を備える歯車装置も採用されているが、歯部の寸法精度を高めることが難しい上、水分、油分の吸収に伴う樹脂材の膨潤が避けられず、適正な噛合状態を長期に亘って維持することが難しく、伝動効率の低下等の不具合が生じる。
【０００７】
また、噛合音の発生を防止する有効な手段として、歯車と同様の伝動を非接触にて可能とした磁気歯車が、例えば、日本応用機械学会誌　Ｖｏｌ．２４　Ｎｏ．２　２０００　ｐｐ７４〜７８に記載されている。また特開２００１−２８９１５３号公報等には、磁気歯車を用いて構成された遊星歯車装置が開示されている。
【０００８】
磁気歯車は、円板形、円柱形又は円環形をなす回転体の外周面又は内周面に、Ｎ，Ｓに着磁された着磁部を交互に並設して構成され、磁気歯車装置は、複数の磁気歯車を、夫々の着磁部の並設周面が所定のギャップを隔てて対向するように配して構成される。このような磁気歯車装置においては、一の磁気歯車と他の磁気歯車との間にて互いに対向する着磁部間に形成される磁束が、磁気的に噛合する「歯」としての機能を果たし、一の磁気歯車の回転が他の磁気歯車に伝動される。この伝動は、磁気歯車間の機械的な接触を必要とせずになされるために、噛合音の発生を完全に防止することができる。
【０００９】
特開２００１−２８９１５３号公報に開示された遊星歯車装置は、同軸上に配されたサンギヤ及びリングギヤ、並びにこれらの間の環状空間内に等配された複数のプラネタリギヤの夫々を磁気歯車として構成されている。このような遊星歯車装置は、前述した電動パワーステアリング装置において操舵補助用のモータと舵取機構との間の伝動系に介装される減速装置として好適に用いることができる。
【００１０】
ところが、以上の如く磁気歯車を用いて構成された遊星歯車装置においては、サンギヤとリングギヤとの間に配された複数のプラネタリギヤの相互間にも夫々磁束が形成され、これらの磁束が各プラネタリギヤの回転を阻害し、伝動効率を低下させる作用をなすため、前記プラネタリギヤの配設個数が、夫々の間に十分な離隔距離を確保すべく、特開２００１−２８９１５３号公報に開示されている４つ程度に限定されるという難点があり、通常の歯車を用いて構成された遊星歯車装置と同等の伝動トルクを得るためには、サンギヤ、リングギヤ及びプラネタリギヤを含めた装置の大型化が避けられないという問題があった。
【００１１】
このような問題は、一の磁気歯車に他の複数の磁気歯車が対向させてある磁気歯車装置全般に発生する問題であり、このことが、前述した電動パワーステアリング装置等、配設スペースが限定される用途での磁気歯車装置の使用を難しくする要因となっている。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、一の磁気歯車に磁気的に噛合する複数の磁気歯車間での磁束の発生を緩和し、これらの回転阻害を抑制して高効率での伝動が可能な磁気歯車装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る磁気歯車装置は、Ｎ，Ｓに着磁された着磁部を外周面又は内周面に交互に並設してなる複数の磁気歯車を、前記着磁部の並設周面が所定のギャップを隔てて対向するように配し、一の磁気歯車の回転を他の磁気歯車に、夫々の着磁部間の作用力によって伝達する磁気歯車装置において、前記一の磁気歯車に対向する他の複数の磁気歯車の間を相互に隔絶する仕切り体を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、一の磁気歯車に対向し磁気的に噛合する複数の磁気歯車の間に仕切り体を配し、これらの仕切り体により前記複数の磁気歯車の着磁部間での磁束の形成を緩和し、これらの磁気歯車の回転阻害を防止して、伝動効率を向上させる。
【００１５】
また第２発明に係る磁気歯車装置は、前記磁気歯車として構成されたサンギヤ、リングギヤ及び複数のプラネタリギヤとを備え、前記仕切り体は、複数のプラネタリギヤを回転自在に支持するキャリアの一面に突設され、各プラネタリギヤの間を相互に隔絶すべく配してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、磁気歯車として構成されたサンギヤとリングギヤとの環状空間内に配され、磁気歯車として構成された複数のプラネタリギヤの間に仕切り体を配し、これらの仕切り体により各プラネタリギヤの着磁部間での磁束の形成を緩和し、プラネタリギヤの配設個数を増し、伝動効率を向上させて、装置を大型化せずに伝動トルクの増大を実現する。
【００１７】
更に第３発明に係る磁気歯車装置は、第１又は第２発明における仕切り体が、磁性材料製であることを特徴とする。
【００１８】
この発明においては、複数の磁気歯車（プラネタリギヤ）間に配設される仕切り体を磁性材料製とし、これらの間に形成される磁束を、磁気的に噛合する磁気歯車との対向部に導き、噛合力を増して伝動効率の更なる向上を図る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る磁気歯車装置の縦断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図である。
【００２０】
図示の磁気歯車装置は、サンギヤ１、リングギヤ２及び複数のプラネタリギヤ３，３…を備える遊星歯車装置として構成されている。サンギヤ１は、軸回りでの回転自在に支持された入力軸１０の先端拡径部の外周面に、Ｎ，Ｓに着磁された着磁部１ａ，１ｂを備える磁気歯車として構成されている。図２中にハッチングを施して示す部分がＮ極に着磁された着磁部１ａであり、同じく白抜きして示す部分がＳ極に着磁された着磁部１ｂであって、これらは、夫々が等しい幅を有し、周方向に交互に並設されている。
【００２１】
リングギヤ２は、サンギヤ１の外側を軸方向に整合する位置にて同軸的に囲繞するように固定支持された円環であり、その内周面にＮ，Ｓに着磁された着磁部２ａ，２ｂを備える磁気歯車として構成されている。図２中にハッチングを施して示す部分がＮ極に着磁された着磁部２ａであり、同じく白抜きして示す部分がＳ極に着磁された着磁部２ｂであって、これらは、サンギヤ１の着磁部１ａ，１ｂと等しい幅を有して周方向に交互に並設されている。
【００２２】
複数（図においては６つ）のプラネタリギヤ３，３…は、サンギヤ１と同様、Ｎ，Ｓに着磁された着磁部３ａ，３ｂを外周面に備える円筒形の磁気歯車として構成されている。図２中にハッチングを施して示す部分がＮ極に着磁された着磁部３ａであり、同じく白抜きして示す部分がＳ極に着磁された着磁部３ｂであって、これらは、サンギヤ１の着磁部１ａ，１ｂ、及びリングギヤ２の着磁部２ａ，２ｂと等しい幅を有して周方向に交互に並設されている。
【００２３】
このようなプラネタリギヤ３，３…は、前記入力軸１０の逆側に同軸上での回転自在に支持された出力軸３０の先端のキャリア３１に保持されている。図示の如くキャリア３１は、出力軸３０の先端に同軸をなして固定された円板であり、前記プラネタリギヤ３，３…は、キャリア３１の一面の所定の円周上に同向きに突設された各別の枢軸３２，３２…回りに回転自在に枢支され、図２に示す如く、サンギヤ１とリングギヤ２との間に形成された環状空間内に周方向に略等配されており、着磁部３ａ，３ｂが並設されたプラネタリギヤ３，３…の外周面と、着磁部１ａ，１ｂが並設されたサンギヤ１の外周面、及び着磁部２ａ，２ｂが並設されたリングギヤ２の内周面との間には、所定のギャップが確保されている。
【００２４】
またプラネタリギヤ３，３…を支持するキャリア３１の一面には、各プラネタリギヤ３，３…の間を相互に隔絶する複数の仕切り体４，４…が突設されている。図示の仕切り体４，４…は、磁性材料製の板材であり、サンギヤ１の外周面近傍からリングギヤ２の内周面近傍までの間に放射状をなして架設されている。
【００２５】
以上の如く構成された本発明に係る磁気歯車装置は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵補助用のモータを入力軸１０に連結し、出力軸３０を舵取機構に連結して、前記モータからの伝動による入力軸１０の回転を減速して出力軸３０に伝え、舵取機構に伝達する減速装置として使用することができる。
【００２６】
なお本発明に係る磁気歯車装置は、歯車を用いた一般的な遊星歯車装置と同様に、プラネタリギヤ３，３…のキャリア３１を固定する一方、リングギヤ２を回転自在に支持し、サンギヤ１への入力をリングギヤ２の減速出力として取り出す減速装置としての使用も可能であり、更には、プラネタリギヤ３，３…のキャリア３１又はリングギヤ２への入力をサンギヤ１の増速出力として取り出す増速装置としての使用も可能である。また、本発明に係る磁気歯車装置は、前述した電動パワーステアリング装置に限らず、各種の技術分野において回転伝達手段としての適用が可能であることは言うまでもない。
【００２７】
図３は、本発明に係る磁気歯車装置の動作説明図であり、サンギヤ１及びリングギヤ２の一部と、これらの間に配設されて互いに相隣する２つのプラネタリギヤ３，３とが示されている。
【００２８】
前述の如くプラネタリギヤ３，３は、サンギヤ１の外周面及びリングギヤ２の内周面に対し、夫々の外周面がわずかなギャップを隔てて対向するように配設されており、サンギヤ１とプラネタリギヤ３，３との対向部においては、前者の外周に並ぶ着磁部１ａ（又は着磁部１ｂ）と、後者の外周に並ぶ異なる極性の着磁部３ｂ（又は着磁部３ａ）とが、またリングギヤ２とプラネタリギヤ３，３との対向部においては、前者の外周に並ぶ着磁部２ａ（又は着磁部２ｂ）と、後者の外周に並ぶ異なる極性の着磁部３ｂ（又は着磁部３ａ）とが、夫々の間に形成される磁束の作用により磁気的に噛合する「歯」としての機能を果たす。
【００２９】
従って、例えば、図３中に実線の矢符により示す如く、サンギヤ１が時計回りに回転した場合、プラネタリギヤ３，３は、サンギヤ１との間の前記「歯」の作用により夫々の枢軸３２，３２を中心として反時計回りに回転（自転）し、この回転に伴って固定状態にあるリングギヤ２との間の前記「歯」の作用下にて、該リングギヤ２の内周面に沿って転動する。この転動によりプラネタリギヤ３，３、及びこれらのキャリア３１には、図中に白抜矢符にて示す向きの回転力が加わり、前記入力軸１０からの伝動によるサンギヤ１の回転が、キャリア３１の回転軸となる前記出力軸３０の回転として取り出される。
【００３０】
このような動作中、相隣するプラネタリギヤ３，３の外周面も、これらの並設周上にて近接対向しており、この対向部において夫々の外周に並ぶ着磁部３ａ，３ｂの間にも磁束が形成され、この磁束の作用により両プラネタリギヤ３，３には、図３中に破線の矢符により示す如く、夫々の自転の向きと逆向きの回転力が加わることとなり、両プラネタリギヤ３，３の回転が制動される。
【００３１】
本発明に係る磁気歯車装置においては、以上の如きプラネタリギヤ３，３の対向部の間に仕切り体４が配してあり、この仕切り体４の存在により、プラネタリギヤ３，３間での前記磁束の形成が阻害されるため、前述した制動作用を緩和することができる。従って、図２に示す如く、サンギヤ１とリングギヤ２との間の環状空間内に多くのプラネタリギヤ３，３…を近接配置することが可能となり、伝動効率の向上及び伝動トルクの増大を図ることができる。
【００３２】
また仕切り体４は、前述の如く磁性材料製であり、サンギヤ１の外周面近傍からリングギヤ２の内周面近傍までの間に架設されていることから、プラネタリギヤ３，３の対向部に形成される磁束を前記サンギヤ１又はリングギヤ２との対向部に導く磁路としての機能を果たすことができる。これにより、サンギヤ１及びリングギヤ２とプラネタリギヤ３，３…との間の磁気的な噛合が強化され、伝動効率の向上、及び伝動トルクの更なる増大を図ることができる。
【００３３】
また仕切り体４，４…は、プラネタリギヤ３，３…を保持するキャリア３１に固設されているため、前述した動作中、キャリア３１と共に公転しつつ、夫々の枢軸３２，３２回りに自転する各プラネタリギヤ３，３…の間を確実に遮断することができる。なお前記仕切り体４，４…は、キャリア３１と共に回転する別部材としてもよく、また、前述の如く、キャリア３１を固定とした構成においては、適宜の部位に固定支持された仕切り体４，４…により同様の作用を行わせることが可能である。
【００３４】
更に仕切り体４，４…は、以上の実施の形態に示す板状に限らず、プラネタリギヤ３，３…間に配設可能な適宜の形状とすることができる。例えば、図４に示す如く、プラネタリギヤ３，３…間にて狭く、サンギヤ１及びリングギヤ２に近付くに従って広幅となる鼓形の仕切り体４，４…を備えた場合、前述した磁路としての機能が高められ、更なる伝動効率の向上及び伝動トルクの増大を図ることが可能となる。
【００３５】
なお以上の実施の形態においては、遊星歯車装置として構成された磁気歯車装置について説明したが、本発明の構成は、一の磁気歯車に対向（磁気的に噛合）する複数の磁気歯車を、互いに近接する位置に備える磁気歯車装置全般に適用可能であることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る磁気歯車装置においては、一の磁気歯車に磁気的に噛合する複数の磁気歯車間の磁束の発生が夫々の間に配した仕切り板により緩和され、磁気歯車の回転阻害を抑制することができ、これによる伝動効率の低下を防止して高効率での伝動が可能となる。
【００３７】
また第２発明に係る磁気歯車装置においては、磁気歯車として構成されたサンギヤ及びリングギヤの間に配され、磁気歯車として構成されたプラネタリギヤ間に配された仕切り板が、各プラネタリギヤ間の磁束の発生が緩和され、これらの回転阻害を抑制する作用をなし、伝動効率の低下を来さずに多数のプラネタリギヤの配設が可能となり、サンギヤ、リングギヤ及びプラネタリギヤを大型化することなく伝動トルクの増大を図ることができる。
【００３８】
更に第３発明に係る磁気歯車装置においては、磁性材料製の仕切り体により隔絶された磁気歯車間に発生する磁束が磁気的な噛合が必要な磁気歯車との対向部に導かれ、噛合強化による更なる伝動効率の向上を達成することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気歯車装置の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図である。
【図３】本発明に係る磁気歯車装置の動作説明図である。
【図４】本発明に係る磁気歯車装置の他の実施の形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１　　サンギヤ（磁気歯車）
２　　リングギヤ（磁気歯車）
３　　プラネタリギヤ（磁気歯車）
４　　仕切り体

Claims (3)

1. Ｎ，Ｓに着磁された着磁部を外周面又は内周面に交互に並設してなる複数の磁気歯車を、前記着磁部の並設周面が所定のギャップを隔てて対向するように配し、一の磁気歯車の回転を他の磁気歯車に、夫々の着磁部間の作用力によって伝達する磁気歯車装置において、
   前記一の磁気歯車に対向する他の複数の磁気歯車の間を相互に隔絶する仕切り体を備えることを特徴とする磁気歯車装置。
2. 前記磁気歯車として構成されたサンギヤ、リングギヤ及び複数のプラネタリギヤとを備え、前記仕切り体は、複数のプラネタリギヤを回転自在に支持するキャリアの一面に突設され、各プラネタリギヤの間を相互に隔絶すべく配してある請求項１記載の磁気歯車装置。
3. 前記仕切り体は、磁性材料製である請求項１又は請求項２記載の磁気歯車装置。

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