JP2007010157A - 磁気歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気歯車の伝達トルクを向上し、かつ製造コストを削減し、経済性を向上した非接触式の磁気歯車を提供する。又、磁気歯車の特長を生かした用途開発を提案する。
【解決手段】磁気歯車２の磁気歯２２の寸法と隣り合う磁気歯間の空隙を所定の間隔で配設することで、一対の磁気歯車の中心間距離を所定の比率だけオフセットさせて動力伝達を向上するようにしたことを特徴とする。又、個々に形成した磁気歯を、複数個が一体となった磁気歯ブロック４２で磁気歯車４を構成することで、製造工程、経済性、品質面を改善したものである。
【選択図】図２

Description

本発明は磁気の無騒音、無塵、無給油を特徴とし、駆動側、被駆動側の各歯車に配設した磁石の磁気吸引または、反発にてトルク伝達する磁気歯車装置に関するものである。

従来から知られている歯車の伝達システムの技術としては、（１）機械的な接触を伴う歯車による伝達方式の構造のもの、（２）学術段階ではあるが磁気力を利用して動力伝達を行う磁気歯車の構造などがあった。

特公平０６−５２０９６号公報 特開平０３−２８５５５６号公報

上記従来例の（特公平６−５２０９６）では、磁気の反発のみで、空隙を確保した構造のため、急激な負荷変動時には磁気歯と歯面が接触の危険性が残り、又伝達トルクの脈動などの構造的な欠陥が内在した構造となっている。又、これを改善する方法として磁気歯車の段数を３段、４段と増やしていくことも提案されているが、これでは狙いとした製造加工上に困難が生じ、構造も複雑になり、ひいては製品価格に大きく影響を与える結果となっている。一方の提案（特開平０３−２８５５５６）では、伝達トルクが弱いという課題がまだ解決途上である。

上記課題の解決のため本発明では、上記（特開平０３−２８５５５６）の磁気歯車に対し以下の提案するものである。

製造上の課題対策として、個々の磁気歯を、複数個を一体の磁性体で形成して、これらを組み合わせて構成することで、部品費、製造工数の大幅な削減を可能にする磁気歯車を提案するものである。

複数の磁気歯を一つの磁気ブロックに集約することで、高価な磁性材の歩留まり改善、磁性材の着磁工数の削減、磁気歯車組み立て工数の削減、信頼性品質の向上も図れる等、経済面、品質面に際立った効果を発揮する。

後述する第２の実施例に示した磁気歯車を３個用いた伝達方式では、非接触による伝達の長所を利用して、駆動側、非駆動側を自由に組み合わせることが可能となり、さらに、従来の機械式歯車で困難であった、駆動状態での噛み合い状態の変更を容易にかつ円滑に行うことが可能となった。例えば風力発電用の増速機に用いると、被駆動側の磁気歯車を複数個とし、それぞれに発電機を連結して、風の強弱によって、磁気歯車の噛み合い状態の開放及び、復帰を適宜変更することで、従来は強風状態（例えば風速が毎秒１２ｍ以上では発電機の出力を抑制していた）での発電電力を抑制することなく運用することが可能となる。又、この経済的効果とともに、従来の強風対策の機能、風車の翼のヨー制御、ブレーキ制御などの機能も不要にすることが可能となる等、経済的、機能的効果が大幅に改善され、複合型磁気歯車盤はその活用方法によって極めて大きな効果を生み出すものである。

以下本発明の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）及び、（ｂ）は磁気歯車の動作原理図及び、（ａ）のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。図１において、一対の磁気歯車１、磁気歯車２は磁性体（例えば軟鉄材）からなる磁性盤１１、２１と、該盤の中心部に圧入等の手段で磁性盤面に垂直に圧入などで固定された歯車軸１３，２３、及び該盤の外周部に、磁化された永久磁石が接着剤等の適宜手段にて着設された磁気歯１２・・・、２２・・・から構成されている。尚、この磁気歯は隣り合う磁気歯の極性が交互になるよう配置されている。さらに該磁気歯車１、磁気歯車２は、フレーム１５、２５に圧入された軸受１４、２４に、回転可能でかつ該磁気歯車１、２間を所定の空隙Ｇを保ちつつ、かつ平行に例えば圧入などの手段にて固着されている。ここで前記磁気歯１２・・・、２２・・・は、例えば４０ＭＧＯｅの高エネルギー積を有する希土類材をもちいている。さらに該磁気歯の形状は、磁気的噛み合いが強くなるよう放射状曲線（例えばインボリュート曲線）としている。

次に、該磁気歯車１、２の伝達原理を説明する。以上の構成において、磁気歯車２を原動車として図１（ａ）に示す実線矢印イ方向（反時計方向）に回転させると、二つの磁気歯車１、２の磁気歯１２・・、２２・・・の噛み合い領域における軸方向空隙に形成された磁束の磁気力が図1に示す点線矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ方向に作用して、磁気歯車１は従動車となって、実線矢印ロ方向（反時計方向）に追従して回転し、二つの磁気歯車1、２間に非接触で設定された歯数比に応じてトルク伝達される。一方、磁気歯車１を原動車として同様に回転させると磁気歯車２は従動車となって同方向に追従して回転し、設定された歯数に応じてトルク伝達される。尚、二つの磁気歯車１、2はこれをそれぞれ原動車として時計方向に回転させることも可能であり、この場合には従動車は時計方向に回転する。以上説明したように、対向する磁気歯の磁気の吸引及び、反発により、即ち磁気的噛み合いにより、駆動側より被駆動側へと設定した所要の歯数比でトルク伝達する構成となっている。

次に、加工工程、材料費を大幅に削減して製造コスト削減を可能にする本発明の第１の実施例について、図２に基づき説明する。図２（ａ）は上述の例で説明した磁気歯の形成方法に基づくもので、図２（ａ）の（１）は1個の磁気歯で、該磁気歯３１を個々に適宜方法にて着磁させた後、図２（ａ）の（２）に示すようにＮ、Ｓ極を交互に等間隔で所定の隙間を設けて円周上に配設して磁気歯車３を構成したものである。図２（ａ）の（３）は、上記図（２）の側面図である。このように磁気歯を１個ずつ加工し、着磁する方法では、加工コスト、加工時間等が大幅にかさみ、経済性に大きく欠ける欠点を有する。図２（ｂ）ではこの欠点を解決するため、磁気歯を１個のリング状の磁性材を用いたもので、図 ２（ｂ）の（４）はリング状の磁性材４１で、該磁性材４１を適宜手段にて、図５（ｂ）の（５）に示す例えばインボリュート曲線形状にＮ極、Ｓ極が交互になるよう着磁して、この磁気歯ブロック４２を磁性盤４３に配設して磁気歯車４を形成したものである。又、図２（ｃ）の（７）は、上記図２（ｂ）のリング状形状を４分割で構成したもので、同（８）は磁性材５１を適宜手段にて一括して着磁した磁気歯ブロック５２を４個隙間なく配設し磁気歯車５を形成したものである。図２（ｃ）の（９）がその上面図で同（１０）はその側面図を示す。上述したように、図２（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、磁気歯を磁気歯ブロックとして形成することによって、図２（ａ）に示すように磁気歯を1個ずつ個別に形成する場合と比べて、材料歩留まり、磁気歯加工費、磁気歯の着磁費、及び磁気歯車の組み立て費などが、大幅に削減され、経済性が大きく改善される。又、品質面でも磁性盤への磁気歯の着設強度は、磁性盤と磁気歯の接合面が増したことによって、大幅に強くなり、磁気歯車の回転に伴う遠心力や磁気歯車間の吸着に伴う剥離作用に対する抗力が上がり、信頼性が極めて改善されるなどの効果も際立っている。

ついで、磁気歯車の本発明の応用例を第２の実施例に示す。図３において、３個の磁気歯車を用いて形成して、駆動側、被駆動側のどちらかを複数として動力伝達するものである。図３（ａ）は、磁気歯車６，７，８の左側面図、同（ｂ）は該磁気歯車の磁気歯の噛み合い状態を示す上面図である。磁気歯車６、７、８は、磁気歯６１・・・、磁気歯７１・・・、磁気歯８１・・・が、その中心部に歯車軸６３，７３，８３を例えば圧入にて装着した磁性盤６２、７２、８２の外周面上に、Ｎ極、Ｓ極を交互に配設して磁気歯車を形成し、大きい磁気歯車６と、小さい磁気歯車７、８が、それぞれ磁気的噛み合って、かつ所定の空隙を維持し対向して配置されている。本実施例で例えば、磁気歯車６を駆動側とし、磁気歯車７、８を被駆動側とした場合、この動力伝達は、それぞれの歯数を４８、１６、１２に設定してあり、磁気歯車７、８にはそれぞれ、回転比が３及び、４に加速して動力伝達される。尚、この歯数を適宜に設定することで任意の回転比を各々の個別に得ることも可能である。さらにこの利点は、図３（ｃ）に示すように、前述の磁気歯車６、７、８の磁気的噛み合い状態から、磁気歯車８を適宜手段にて磁気歯車６から遠ざけたり、又、元に戻したりすることで磁気歯車６、８の磁気的噛み合い状態を開放、及び復帰が容易におこなえる。これは従来の接触式の歯車では、駆動中の噛み合い状態の開放、復帰はそのときの衝撃が大きく極めて困難であったが、本発明に示す磁気歯車では非接触式の磁気的な噛み合いを用いているため、円滑に駆動中の噛み合い状態の開放、復帰がおこなう事が可能となった。

磁気歯車の動作説明図、及びＡ−Ａ'断面図 本発明に係る第１の実施例を説明する磁気歯車の磁気歯図、磁気歯ブロック図、及び該磁気歯を用いた磁気歯車の正面図とその側面図 本発明に係る第２の実施例を説明する磁気歯車の概略平面図とその側面図

符号の説明

１ 磁気歯車２ 磁気歯車３ 磁気歯車４ 磁気歯車５ 磁気歯車６ 磁気歯車７ 磁気歯車８ 磁気歯車１１ 磁性盤２１ 磁性盤３４ 磁性盤４４ 磁性盤５４ 磁性盤６２
磁性盤１２ 磁気歯２２ 磁気歯３１ 磁性板３２ 磁気歯４１ 磁性板４２ 磁気歯ブロック５１ 磁性板５２ 磁気歯ブロック６１ 磁気歯７１ 磁気歯１３ 歯車軸２３
歯車軸３３ 歯車軸４３ 歯車軸５３ 歯車軸６３ 歯車軸７３ 歯車軸８３ 歯車軸１４ 軸受２４ 軸受１５ フレーム２５ フレーム

Claims (7)

1. 所定の空隙を保ち、対向させた駆動側と被駆動側の各回転円盤の外周部に、放射状の永久磁石（以下磁気歯と略記する）をＮ極、Ｓ極と交互に異極配列して着設し、該磁気歯の磁気の吸引及び、反発にてトルクを伝達する磁気歯車において、前記磁気歯の隣り合う磁気歯間の隙間を、磁気歯幅に対して０．４〜０．６倍としたことを特徴とする磁気歯車
2. 磁気歯車の対抗する大小二つの磁気歯車の小磁気歯車を該磁気歯車の磁気歯長に対して１２．５〜３５％の距離だけ外側にオフセットしたことを特徴とする磁気歯車。
3. 磁気歯車を構成する磁気歯群を、１個のリング形状の磁性材、もしくは、数個を集合して１個のリング形状となる扇型形状の磁性材を、各磁気歯が所定の放射形状になるよう適宜手段にて磁化してなる磁気歯ブロックで磁気歯を構成したことを特徴とする磁気歯車。
4. ３個以上の磁気歯車からなり、少なくとも駆動側及び、被駆動側の一方を複数とした磁気歯車。
5. 前期請求項４において、少なくとも１個の磁気歯車を、他の磁気歯車を駆動状態の保持したまま、磁気的噛み合い状態、及び開放状態を適宜変更可能としたを特徴とした複合型磁気歯車。
6. 磁性体からなる磁気盤の外周部両面に、リング上及び、扇型の磁気歯ブロックを配設した構成したことを特徴とする磁気歯車単盤
7. 互いに対向して配置したシャーシ板に垂直に複数個の歯車軸を設け、それぞれの歯車軸には磁気的な噛み合いで動力を伝達する磁気歯車が装着されてなる、磁気式歯車において、少なくとも一つの駆動軸と一つの被駆動軸に装着した磁気歯車の磁気的噛み合い面を、複数の平面で構成することを特徴とする外接噛み合い型磁気歯車。