JP2013047546A - Magnetic gear device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気引力又は斥力を利用して動力を伝達する磁気歯車装置に関する。 The present invention relates to a magnetic gear device that transmits power using magnetic attraction or repulsion.
歯車は、トルクなどの動力を伝達する機械要素である。一般的な歯車は、原動側の歯と従動側の歯が接触することで動力を伝達するため、原動側の歯と従動側の歯との間に摩擦が生じる。したがって、原動側の歯と従動側の歯との間には、潤滑剤が必要になる。また、原動側の歯と従動側の歯との接触による騒音も発生する。そこで、近年、歯の接触の無い磁気歯車が開発されている。磁気歯車は、非接触でトルクを伝達するため、潤滑剤を必要とせず、且つ、無騒音で駆動させることができる。 The gear is a mechanical element that transmits power such as torque. In general gears, power is transmitted by contact between a driving-side tooth and a driven-side tooth, so that friction occurs between the driving-side tooth and the driven-side tooth. Therefore, a lubricant is required between the driving-side teeth and the driven-side teeth. In addition, noise due to contact between the tooth on the driving side and the tooth on the driven side is also generated. Thus, in recent years, magnetic gears without tooth contact have been developed. Since the magnetic gear transmits torque without contact, it does not require a lubricant and can be driven without noise.
一方、ロボットや複写機等に用いられる減速機構には、過大なトルクが作用したときにそのトルクを遮断(動力伝達を遮断)するトルクリミッタ機能を有するものが要求されている。磁気歯車は、トルクリミッタ機能を有するため、簡単な構造でトルクリミッタ機能を備えた減速機構を構成することができる。 On the other hand, a speed reduction mechanism used in a robot, a copying machine, or the like is required to have a torque limiter function that cuts off torque (cuts off power transmission) when excessive torque is applied. Since the magnetic gear has a torque limiter function, it is possible to configure a speed reduction mechanism having a torque limiter function with a simple structure.
磁気歯車装置としては、例えば、非特許文献1に記載されているものがある。この非特許文献1に記載された磁気歯車装置は、円筒状のハイスピードロータ及びロースピードロータを有しており、ハイスピードロータの外周面が、ロースピードロータの内周面に対向している。そして、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間に生じる磁気引力を利用して、ハイスピードロータの動力をロースピードロータに伝達する。
An example of the magnetic gear device is described in Non-Patent
また、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間には、磁石片の磁束を通す複数の鉄片(磁性歯部)が配置されている。 In addition, a plurality of iron pieces (magnetic tooth portions) for passing the magnetic flux of the magnet pieces are arranged between the magnet pieces attached to the outer peripheral surface of the high speed rotor and the magnet pieces attached to the inner peripheral surface of the low speed rotor. Yes.
しかしながら、非特許文献1に記載された磁気歯車装置では、しかしながら、非特許文献1に記載された磁気歯車装置では、渦電流が発生するため、複数の鉄片(磁性歯部)をそれぞれ独立した状態に形成する必要があった。また、複数の鉄片(磁性歯部)を独立した状態に形成した場合、ハイスピードロータ及びロースピードロータを回転させると、電磁力の作用により鉄片が変形するという問題があった。
However, in the magnetic gear device described in
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、複数の鉄片(磁性歯部)をそれぞれ独立した状態に形成し、磁石片の磁束を通す複数の鉄片(磁性歯部)の変形を防止することができる磁気歯車装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a prior art, forms a some iron piece (magnetic tooth part) in an independent state, respectively, and is a plurality of iron pieces (magnetic tooth part) which lets the magnetic flux of a magnet piece pass. It is an object of the present invention to provide a magnetic gear device that can prevent deformation.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の磁気歯車装置は、外歯車と、内歯車と、外歯車と内歯車との間に配置されるステータ歯車と、を備えている。
外歯車は、筒孔を有する円筒状の外側筒と、外側筒の内周部に取り付けられた複数の外側磁石片とを有する。
内歯車は、外歯車の筒孔に配置され、円筒状の内側筒と、内側筒の外周部に取り付けられた複数の内側磁石片とを有する。
ステータ歯車は、外歯車の筒孔と同心円状に間隔を開けて並ぶ複数の磁性歯部と、複数の磁性歯部の間に設けられた複数の固定部とを有する本体部と、本体部に接続するベース部とを有する。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a magnetic gear device of the present invention comprises an external gear, an internal gear, and a stator gear disposed between the external gear and the internal gear. Yes.
The external gear includes a cylindrical outer cylinder having a cylinder hole and a plurality of outer magnet pieces attached to the inner periphery of the outer cylinder.
The internal gear is disposed in a cylindrical hole of the external gear, and includes a cylindrical inner cylinder and a plurality of inner magnet pieces attached to the outer peripheral portion of the inner cylinder.
The stator gear includes a main body having a plurality of magnetic teeth arranged concentrically with a cylindrical hole of the external gear, and a plurality of fixing portions provided between the plurality of magnetic teeth, and And a base portion to be connected.
本発明の磁気歯車装置によれば、外歯車の筒孔と同心円状に間隔を開けて並ぶ複数の磁性歯部の間に複数の固定部を介在させているため、複数の磁性歯部の剛性が増加し、複数の磁性歯部がそれぞれ独立した状態となる。その結果、磁束が周方向に通ることを防止し、磁石片の磁束を通す複数の磁性歯部の変形を防止することができる。 According to the magnetic gear device of the present invention, since the plurality of fixing portions are interposed between the plurality of magnetic tooth portions arranged concentrically with the cylindrical hole of the external gear, the rigidity of the plurality of magnetic tooth portions is increased. Increases and the plurality of magnetic tooth portions become independent from each other. As a result, it is possible to prevent the magnetic flux from passing in the circumferential direction and to prevent the deformation of the plurality of magnetic tooth portions through which the magnetic flux of the magnet piece passes.
以下、本発明の磁気歯車装置の実施の形態例について、図1〜図13を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。 Embodiments of the magnetic gear device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common member in each figure. The present invention is not limited to the following form.
1.磁気歯車装置の構成
まず、本発明の実施の形態例(以下、「本例」という。)にかかる磁気歯車装置について、図1を参照して説明する。
図1は本例にかかる磁気歯車装置の構成を示す断面図である。
1. Configuration of Magnetic Gear Device First, a magnetic gear device according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a magnetic gear device according to this example.
図1に示すように、本発明の磁気歯車装置1は、ケース2と、第1の回転軸3と、第2の回転軸4と、外歯車5と、内歯車6と、ステータ歯車7を備えている。外歯車5は、第2の回転軸4に固定され、内歯車6は、第1の回転軸3に固定されている。また、ステータ歯車7は、ケース2に固定されている。
As shown in FIG. 1, the
ケース2は、非磁性材料により形成された筐体である。ケース2の材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム、銅等の金属、又は合成樹脂を挙げることができる。 Case 2 is a housing formed of a nonmagnetic material. Examples of the material of the case 2 include metals such as austenitic stainless steel, aluminum, and copper, or synthetic resins.
このケース2は、中空部2aと開口部2bを有している。ケース2の中空部2aには、外歯車5、内歯車6及びステータ歯車7が配置される。そして、ケース2の開口部2bでは、中空部2aに配置された外歯車5及びステータ歯車7の一部が露出する。
The case 2 has a
また、ケース2は、底板11と、第1の支持板12と、第2の支持板13と、補強片14を備えている。底板11は、開口部2bと対向して配置される。そして、第1の支持板12と第2の支持板13は、底板11に連続して略垂直に突出している。第1の支持板12は、第2の支持板13に対向している。この第2の支持板13には、軸受17が設けられており、第2の支持板13の外面には、補強片14が固定されている。この補強片14は、軸受18を備えている。
The case 2 includes a bottom plate 11, a
第1の回転軸3は、非磁性材料から形成されている。第1の回転軸3の材料としては、ケース2の材料と同様の材料を挙げることができる。 The first rotating shaft 3 is made of a nonmagnetic material. Examples of the material of the first rotating shaft 3 include the same materials as the material of the case 2.
第1の回転軸3は、第1の支持板12とステータ歯車7の後述するベース部47を貫通している。このベース部47には、軸受16が設けられている。第1の回転軸3は、ベース部47に設けられた軸受16を介してステータ歯車7のベース部47に回転可能に取り付けられている。
The first rotating shaft 3 passes through the
第2の回転軸4は、第1の回転軸3と同様に、非磁性材料から形成されている。第2の回転軸4の材料としては、ケース2の材料と同様の材料を挙げることができる。
The second
第2の回転軸4は、軸部4aと、円板部4bから構成されている。軸部4aは、第2の支持板13と補強片14を貫通している。この軸部4aは、軸受17を介して第2の支持板13に取り付けられ、軸受18を介して補強片14に回転可能に取り付けられている。
The 2nd
第2の回転軸4の円板部4bは、軸部4aの先端に設けられている。また、円板部4bにおける軸部4aと反対側の面には、軸受19が設けられている。この円板部4bには、軸受19を介して第1の回転軸3の先端部が回転可能に取り付けられる。さらに、第1の回転軸3の軸心と第2の回転軸4の軸心は互いに一致する。
The
軸受16,17,18及び19は、それぞれ転動体16a,17a,18a及び19aを有する転がり軸受(ボールベアリング)である。これら軸受16〜19の転動体16a〜19aは、非磁性材料または炭素含有量が多い材料によって形成することが好ましい。通常使用される転がり軸受は、硬度を確保するための焼き入れを行うため、炭素含有量は多い。したがって、そのような通常の転がり軸受を用いてもよい。
The
なお、本発明に係る軸受は、転がり軸受に限定されるものではなく、例えば、すべり軸受、流体軸受等を適用することもできる。 In addition, the bearing which concerns on this invention is not limited to a rolling bearing, For example, a slide bearing, a fluid bearing, etc. can also be applied.
[内歯車]
次に、内歯車6の一具体例について、図2を参照して説明する。
図2は図1に示す本例にかかる磁気歯車装置のA−A線に沿う断面図である。
図2に示すように、内歯車6は、内側筒31と、複数の内側磁石片32A,32Bとから構成されている。そして、内歯車6は、外歯車5内に配置されている(図1参照)。
[Internal gear]
Next, a specific example of the
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the magnetic gear device according to the present example shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the
内側筒31は、円形の筒孔31aを有する円筒形状に形成されている。筒孔31aには、第1の回転軸3が嵌合されている。この内側筒31は、磁性材料により形成されている。内側筒31の材料としては、例えば、鉄や珪素鋼板等が挙げられる。
The
内側筒31を、鉄や珪素鋼板等の板状部材を複数積層して形成してもよい。複数の板状部材を積層して内側筒31を形成する場合、カシメ、溶接、接着剤等の固着方法により固着され一体として成形される。
The
内歯車6が回転すると、内側筒31の軸方向に渦電流が流れる。しかしながら、複数の板状部材を積層して内側筒31を形成した場合、複数の板状部材を積層した際に生じる微細な隙間が抵抗となり、渦電流を遮断することができる。そのため、渦電流によるトルクの損失を抑えることができる。なお、渦電流の遮断をより確実にするために、重なり合う板状部材間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させてもよい。
When the
この内側筒31の外周部には、複数の内側磁石片32A,32Bが取り付けられている。複数の内側磁石片32A,32Bは、それぞれ内側筒31の軸方向に長い板状の永久磁石である。複数の内側磁石片32A,32Bは、内側筒31の径方向に磁化されている。
A plurality of inner magnet pieces 32 </ b> A and 32 </ b> B are attached to the outer peripheral portion of the
内側磁石片32Aは、内側筒31の径方向の外側(外歯車5側)がN極であり、内側筒31の径方向の内側(第1の回転軸3側)がS極である。一方、内側磁石片32Bは、内側筒31の径方向の外側(外歯車5側)がS極であり、内側筒31の径方向の内側(第1の回転軸3側)がN極である。
The
これらの複数の内側磁石片32A,32Bは、内側筒31の周方向に交互に配設されている。そのため、複数の内側磁石片32A,32Bは、異なる磁極が内側筒31の筒孔31aの周方向に隣り合うように並べられている。
The plurality of inner magnet pieces 32 </ b> A and 32 </ b> B are alternately arranged in the circumferential direction of the
本例では、複数の内側磁石片32A,32Bを磁性材料からなる内側筒31に貼り付けることにより、内側筒31の磁気モーメントを揃えて、大きな表面磁束密度を得ることができる。また、複数の内側磁石片32A,32Bは、磁気引力によって内側筒31の外周部に吸着させることができるため、複数の内側磁石片32A,32Bを内側筒31の外周部に簡単に取りつけることができる。
In this example, by sticking the plurality of
[外歯車]
次に、外歯車5の一具体例について、図3及び図4を参照して説明する。
図3は本例にかかる磁気歯車装置の外歯車の分解斜視図である。また、図4Aは本例にかかる磁気歯車装置の外歯車の断面図であり、図4Bは図4Aに示すB−B線に沿う断面図である。
[External gear]
Next, a specific example of the
FIG. 3 is an exploded perspective view of the external gear of the magnetic gear device according to the present example. 4A is a cross-sectional view of the external gear of the magnetic gear device according to this example, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 4A.
図3に示すように、外歯車5は、外側筒21と、複数の第1外側磁石片22A,22Bと、複数の第2外側磁石片23A,23Bから構成されている。
As shown in FIG. 3, the
外側筒21は、円形の筒孔21aを有する円筒形状に形成されている。また、図3及び図4Aに示すように、外側筒21は、筒孔21aから径方向内側に向かって突出する突起部21bを有している。外側筒21の軸方向の一側から第2の回転軸4の円板部4bが挿入されて、筒孔21aに円板部4bが嵌合されている。そして、外側筒21の突起部21bは、第2の回転軸4の円板部4bに当接している(図4A参照)。この外側筒21は、磁性材料で形成されている。なお、外側筒21の材料としては、例えば、鉄や珪素鋼板等が挙げられるが、積層鉄心が好ましい。
The
積層鉄心を用いて外側筒21を形成すると、重なり合う板状部材間の微細な間隙が抵抗になり、外側筒21の軸方向に流れる渦電流を遮断することができる。渦電流の遮断をより確実にするために、重なり合う板状部材間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させてもよい。
When the
図4Bに示すように、外側筒21の筒孔21aには、複数の第1外側磁石片22A,22Bが筒孔21aの周方向に並べられている。複数の第1外側磁石片22A,22Bの内周部には、複数の第2外側磁石片23A,23Bが並べられている。つまり、第2外側磁石片23A,23Bは、第1外側磁石片22A,22Bよりも外側筒21の径方向の内側に配置されている。
As shown in FIG. 4B, a plurality of first
複数の第1外側磁石片22A,22Bは、それぞれ外側筒21の軸方向に沿った細長い略棒状の永久磁石である(図3参照)。そして、複数の第1外側磁石片22A,22Bは、外側筒21の径方向に磁化されている。
The plurality of first
第1外側磁石片22Aは、外側筒21の径方向の外側がN極であり、外側筒21の径方向の内側がS極である。一方、第1外側磁石片22Bは、外側筒21の径方向の外側がS極であり、外側筒21の径方向の内側がN極である。第1外側磁石片22Aと第1外側磁石片22Bは、異なる磁極が外側筒21の周方向に交互に配置されている。
In the first
複数の第2外側磁石片23A,23Bは、それぞれ外側筒21の軸方向に沿った細長い略棒状の永久磁石である(図3参照)。そして、複数の第2外側磁石片23A,23Bは、外側筒21の周方向に磁化されている。
The plurality of second outer magnet pieces 23 </ b> A and 23 </ b> B are elongate and substantially rod-shaped permanent magnets along the axial direction of the outer cylinder 21 (see FIG. 3). The plurality of second outer magnet pieces 23 </ b> A and 23 </ b> B are magnetized in the circumferential direction of the
第2外側磁石片23Aは、外側筒21の周方向の一側がN極であり、外側筒21の周方向の他側がS極である。一方、第2外側磁石片23Bは、外側筒21の周方向の一側がS極であり、外側筒21の周方向の他側がN極である。複数の第2外側磁石片23A,23Bは、同じ磁極が外側筒21の周方向に隣り合うように並べられている。
In the second
また、第2外側磁石片23A,23BのN極は、第1外側磁石片22BのN極上に配置される。このとき、第2外側磁石片23A,23BのN極と第1外側磁石片22BのN極が外側筒21の径方向で隣り合う。そして、第2外側磁石片23A,23BのN極が隣り合う境界は、外側筒21の周方向における第1外側磁石片22Bの中間部に位置している。
Further, the N poles of the second
また、第2外側磁石片23A,23BのS極は、第1外側磁石片22AのS極上に配置される。このとき、第2外側磁石片23A,23BのS極と第1外側磁石片22AのS極が外側筒21の径方向で隣り合う。そして、第2外側磁石片23A,23BのS極が隣り合う境界は、外側筒21の周方向における第1外側磁石片22Aの中間部に位置している。
The S poles of the second
第2外側磁石片23A,23Bは、外側筒21の周方向における両端に切欠き部を有している。第2外側磁石片23A,23Bが外側筒21の周方向に隣り合って配置されているため、この切欠き部は対向してV字状の溝部となり、磁束収束部25を形成する。磁束収束部25は、同じ磁極が外側筒21の径方向及び周方向に隣り合うため、磁束が集中する。
The second outer magnet pieces 23 </ b> A and 23 </ b> B have notches at both ends in the circumferential direction of the
この切欠き部により形成された磁束収束部25には、磁束が集中するため磁束密度が向上し、トルクを大きくすることができる。また、第2外側磁石片23A,23Bに切欠き部を設けたことにより、永久磁石の使用量を少なくすることができる。
Since the magnetic flux concentrates on the magnetic
本例の磁束収束部25は、V字状の溝部により形成されているが、これに限定されない。例えば、切り欠きを有さない第2外側磁石片が間隔を開けて並べられることにより凹部を形成し、この凹部を磁束収束部としてもよい。
Although the magnetic
[ステータ歯車]
次に、図5〜図7を参照してステータ歯車7について説明する。
図5は本例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の斜視図である。
また、図6Aは本例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の断面図であり、図6Bは図6Aに示すC−C線に沿う断面図である。
さらに、図7Aは本例にかかるステータ歯車のステータ部材の平面図であり、図7Bは本例にかかるステータ歯車のステータ部材を積層した状態を示す側面図である。図7Cは本例のステータ歯車におけるステータ部材に固定部が介在された状態を示す側面図であり、図7Dは本例のステータ歯車の本体部の平面図である。
[Stator gear]
Next, the
FIG. 5 is a perspective view of a stator gear of the magnetic gear device according to the present example.
6A is a cross-sectional view of the stator gear of the magnetic gear device according to the present example, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 6A.
7A is a plan view of a stator member of the stator gear according to this example, and FIG. 7B is a side view showing a state in which the stator members of the stator gear according to this example are stacked. FIG. 7C is a side view showing a state in which a fixing portion is interposed in the stator member of the stator gear of this example, and FIG. 7D is a plan view of the main body of the stator gear of this example.
図5に示すように、ステータ歯車7は、本体部41と、本体部41を支持するベース部47により構成されている。このステータ歯車7は、ケース2の第1の支持板12に取り付けられ(図1参照)、外歯車5と内歯車6との間に配置される。
As shown in FIG. 5, the
本体部41は、略円筒形に形成されている。この本体部41は、複数の固定部50と、複数の磁性歯部53から構成されている。複数の磁性歯部53は、本体部41の周方向に沿って、略等間隔を開けて配置されている。すなわち、複数の磁性歯部53は、外歯車5の筒孔21aと同心円状に間隔を開けて並べられている(図2参照)。また、複数の磁性歯部53は、隣り合う磁性歯部53と間隔を開けて配置されているため、互いに独立している。
The
磁性歯部53は、後述するステータ部材42の磁性片42b(図7A参照)が積層されることにより形成される。磁性歯部53は、本体部41の軸方向に対してスキューされている。すなわち、磁性歯部53は、本体部41の中心軸回りに回転するように捻れて配置される。
The
固定部50は、磁性歯部53の間に介在される。この固定部50は、例えば合成樹脂からなる固定部材により形成される。
The fixing
ベース部47は、略円板形に形成されている。このベース部47は、本体部41の軸方向の一側に取り付けられている。図6A及び図6Bに示すように、ベース部47は、貫通孔47aと、凹部47bを有している。貫通孔47aは、ベース部47の中央部に設けられ、ベース部47の第1の支持板12に接続する面から反対側の面にかけて貫通している。この貫通孔47aには、第1の回転軸3が貫通する(図1参照)。
The
ベース部47の凹部47bは、貫通孔47aの周囲に設けられ、本体部41に対向する面から窪んで形成される。この凹部47bには、軸受16が配設される(図1参照)。
The
次に、本体部41の製造方法について、図7A〜図7Dを参照して説明する。
まず、磁性歯部53を形成するステータ部材42について説明する。
Next, the manufacturing method of the main-
First, the stator member 42 that forms the
図7Aに示すように、ステータ部材42は、中央部に円形の貫通孔を有する円板形状に形成されている。このステータ部材42は磁性材料からなり、ステータ部材42の材料としては、例えば、電磁鋼板等が用いられる。 As shown in FIG. 7A, the stator member 42 is formed in a disk shape having a circular through hole at the center. The stator member 42 is made of a magnetic material. As the material of the stator member 42, for example, an electromagnetic steel plate or the like is used.
ステータ部材42は、連結部42aと、磁性片42bと、溝部42cを有している。ステータ部材42の連結部42aは、リング状に形成されており、ステータ部材42の径方向の内側に設けられている。
The stator member 42 includes a connecting
ステータ部材42の磁性片42bは、略長方形の板状に形成されている。磁性片42bは、ステータ部材42の周方向に間隔を開けて複数設けられている。複数の磁性片42bの長手方向の一端部は、連結部42aに連続している。このため、複数の磁性片42bは、連結部42aを介して接続している。
The
ステータ部材42の周方向に複数設けられている磁性片42bの間には、溝部42cが形成される。溝部42cは、磁性片42bと同様に、ステータ部材42の周方向に間隔を開けて複数設けられている。
A
なお、磁性片の他端部が連結部と連続するようにステータ部材を形成してもよい。これにより、連結部はステータ部材の径方向の外側に設けられる。 In addition, you may form a stator member so that the other end part of a magnetic piece may continue with a connection part. Thereby, a connection part is provided in the radial direction outer side of a stator member.
次に、本体部41の製造工程について、説明する。
図7Bに示すように、上述したステータ部材42をその周方向に少しずつ回転させて複数枚積層する。このとき、複数の磁性片42bは、ステータ部材42が回転した分だけずれて積層される。積層された複数の磁性片42bによって磁性歯部53が形成される。
Next, the manufacturing process of the
As shown in FIG. 7B, the stator member 42 described above is rotated little by little in the circumferential direction to stack a plurality of sheets. At this time, the plurality of
そして、図7Cに示すように、溝部42cには、固定部50が介在される。固定部50は、磁性歯部53の間に複数設けられており、隣り合う磁性歯部53を接続する。
And as shown to FIG. 7C, the fixing | fixed
その後、図7Dに示すように、連結部42aを取り除き、複数の磁性歯部53と複数の固定部50を残す。これにより、円筒状の本体部41が完成する。
Then, as shown to FIG. 7D, the
本例では、円板状のステータ部材42をその周方向に回転させて、磁性片42bを周方向にずらして積層して磁性歯部53を形成した。他の例としては、円板状のステータ部材42をその周方向に回転させず、磁性片42bを積層させて磁性歯部を形成してもよい。
In this example, the disk-shaped stator member 42 is rotated in the circumferential direction, and the
また、複数のステータ部材42を積層した際に、ステータ部材42間を、例えば、カシメ、接着剤等により固定させてよい。 Further, when the plurality of stator members 42 are stacked, the space between the stator members 42 may be fixed by caulking, an adhesive, or the like, for example.
従来の磁気歯車装置(上記非特許文献1を参照)では、ロースピードロータ(外歯車)とハイスピードロータ(内歯車)が反対方向に回転するため、ステータの磁性歯部の中で渦電流が発生する。渦電流が発生すると、レンツの法則によりロースピードロータ(外歯車)及びハイスピードロータ(内歯車)の回転に抗する電磁ブレーキが生じてトルク損失となる。
In the conventional magnetic gear device (see
これに対し、本例では、磁性片42bが積層されることで、磁性片42b間に微細な間隙が形成される。この間隙は、本体部41の軸方向に流れる渦電流の抵抗となり、遮断することができる。その結果、磁気歯車装置1における渦電流によるトルク損失を少なくすることができる。
On the other hand, in this example, the
磁性歯部が一体に繋がった状態でステータ歯車を形成すると、磁性歯部全体に磁束が通ることになる。また、磁極の固有振動数を歯車の回転数の数倍にするためには、ステータ歯車7の磁性歯部53に剛性が必要となる。そのため、ステータ歯車7の磁性歯部53は、剛性があり、独立して形成されていることが好ましい。
If the stator gear is formed in a state where the magnetic tooth portions are integrally connected, the magnetic flux passes through the entire magnetic tooth portion. Further, in order to make the natural frequency of the magnetic poles several times the number of rotations of the gear, the
本例のステータ歯車7では、本体部41の製造時において、ステータ部材42に複数の磁性片42bが連結部42aに連続して形成されている。そして、固定部50をステータ部材42の溝部42cに介在させた後、連結部42aを取り除いている。これにより、磁性歯部53は、固定部50を介して独立した状態となる。このとき、磁性歯部53を通る磁束は、固定部50により遮断され、隣り合う磁性歯部53を通ることができなくなる。その結果、渦電流の発生を軽減することができ、トルク損失を軽減することができる。
In the
そして、隣り合う磁性歯部53の間に固定部50を介在させた。これにより、複数の磁性歯部53の剛性を増加させることができ、磁性歯部53の変形を防止することができる。
And the fixing | fixed
さらに、本例では、ステータ部材42を回転させて積層しているため、磁性歯部53は、本体部41の中心軸回りに回転するように捻れて配置される。これにより、磁気回路が本体部41の周方向にずれて配置され、磁性歯部53を通る磁束の急激な変化を抑制することができる。また、ステータ歯車7と、外歯車5の第1外側磁石片22A,22B、第2外側磁石片23A,23B及び内歯車6の内側磁石片32A,32Bとの引力及び斥力を小さく抑えることができる。その結果、磁気歯車装置1のコギングトルクを小さくすることができる。
Furthermore, in this example, since the stator member 42 is rotated and laminated, the
なお、本例のステータ部材42の材料を電磁鋼板として説明したが、これに限定されない。ステータ部材42の材料として、例えば圧粉磁心を用いてもよい。圧粉磁心は、鉄粉同士が絶縁されているため、電気抵抗が高い。圧粉磁心によりステータ部材42を形成した場合、磁性歯部53の電気抵抗が高くなるため渦電流が流れにくくなる。その結果、磁気歯車装置1における渦電流によるトルク損失を少なくすることができる。
In addition, although the material of the stator member 42 of this example was demonstrated as an electromagnetic steel plate, it is not limited to this. As a material of the stator member 42, for example, a dust core may be used. The dust core has high electrical resistance because the iron powders are insulated from each other. When the stator member 42 is formed by a dust core, the electric resistance of the
そして、圧粉磁心は安価であるため、圧粉磁心によりステータ部材42を形成すると材料コストを低減できる。また、圧粉磁心は成形しやすいため、容易にステータ部材42を製造することができる。 Since the dust core is inexpensive, the material cost can be reduced by forming the stator member 42 with the dust core. Moreover, since the dust core is easy to mold, the stator member 42 can be easily manufactured.
ステータ歯車7の磁性歯部53の強度を考慮すると、一端(基端)を固定支持して他端(先端)を自由にした片持ち形状にする必要がある。そのため、ステータ歯車7は、本体部41の一端をベース部47に固定することで、一体に形成されている。したがって、磁束は、ベース部47にも漏れる構造となっている。
Considering the strength of the
これに対して、本例の磁気歯車装置1では、ケース2、第1の回転軸3及び第2の回転軸4を非磁性材料によって形成した。これにより、内歯車6からステータ歯車7のベース部47を通る磁気回路を遮断することができる。
On the other hand, in the
また、ケース2を導電性材料で形成する場合は、ステータ歯車7のベース部47とケース2との間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させて、ベース部47からケース2へ流れる渦電流を遮断することが好ましい。
When the case 2 is formed of a conductive material, a current insulating material or a current insulating coating film is interposed between the
なお、内側磁石片の構成及び外側磁石片の構成は、上述した構成に限定されない。例えば、内側磁石片の構成を、第1外側磁石片22A,22B及び第2外側磁石片23A,23Bと同様の構成としてもよい。つまり、内側筒31の径方向の外側(ステータ歯車7側)に向かってV字状に形成された磁束収束部を設ける構成としてもよい。
In addition, the structure of an inner side magnet piece and the structure of an outer side magnet piece are not limited to the structure mentioned above. For example, the configuration of the inner magnet pieces may be the same as that of the first
また、外側磁石片の構成を、外側筒21の径方向に磁化された複数の磁石片を外側筒21の周方向に隣り合い、磁極が異なるように構成してもよい。
The configuration of the outer magnet piece may be configured such that a plurality of magnet pieces magnetized in the radial direction of the
さらに、外側筒21又は内側筒31の径方向に磁化された複数の第1の磁石片を外側筒21又は内側筒31の周方向に間隔を開けて磁極が異なるように交互に配置する。そして、外側筒21又は内側筒31の周方向に磁化された複数の第2の磁石片を同じ磁極が第1の磁石片を挟んで対向するように複数の第1の磁石片の間に介在させる。このような構成を内側磁石片の構成及び外側磁石片の構成に適用することもできる。その他各種の磁石片の配列を適用することができる。
Further, the plurality of first magnet pieces magnetized in the radial direction of the
2.磁気歯車装置の動作
次に、磁気歯車装置1の動作について、図8〜図12を参照して説明する。
図8は外歯車5の第1の磁束収束部25A,25Bがステータ歯車7の第1の磁性歯部53A,53Bに対向した状態を示す説明図である。
2. Operation of Magnetic Gear Device Next, the operation of the
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which the first magnetic
図8に示すように、第1の磁性歯部53A,53Bは、内歯車6の内側磁石片32Ba,32Bbに対向する側が磁化されてN極となり、その反対側(外歯車5側)がS極となっている。そして、第1の磁束収束部25A,25Bは、第1の磁性歯部53A,53BのS極に対向している。
As shown in FIG. 8, in the first
この状態では、内側磁石片32Baと第1の磁性歯部53Aとの間及び、内側磁石片32Bbと第1の磁性歯部53Aとの間に生じる磁気引力は、径方向のみならず周方向にも釣り合っている。
In this state, the magnetic attraction generated between the inner magnet piece 32Ba and the first
図9は、外歯車5の第2の磁束収束部25C,25Dがステータ歯車7の第2の磁性歯部53C,53Dに対向した状態の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a state in which the second magnetic
図8に示す状態から第1の回転軸3によって内歯車6を矢印R1方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第2の磁性歯部53Cと内側磁石片32Acとの間及び、第2の磁性歯部53Dと内側磁石片32Adとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図9に示すように、第2の磁束収束部25C,25Dが第2の磁性歯部53C,53Dに対向する。
When the
内側磁石片32Ac,32Adが、第2の磁性歯部53C,53Dに対向すると、第2の磁性歯部53C,53Dの内側磁石片32Ac,32Adに対向する側が磁化されてS極となり、その反対側(外歯車5側)がN極となる。その結果、外歯車5が矢印R2方向に回転し、図9に示すような釣り合い状態になる。
When the inner magnet pieces 32Ac, 32Ad face the second
図10は、外歯車5の第3の磁束収束部25E,25Fがステータ歯車7の第3の磁性歯部53E,53Fに対向した状態の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the third magnetic
図9に示す状態から第1の回転軸3によって内歯車6を矢印R1方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第3の磁性歯部53Eと内側磁石片32Beとの間及び、第3の磁性歯部53Fと内側磁石片32Bfとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図10に示すように、第3の磁束収束部25E,25Fが第3の磁性歯部53E,53Fに対向する。
When the
内側磁石片32Be,32Bfが、第3の磁性歯部53E,53Fに対向すると、第3の磁性歯部53E,53Fの内側磁石片32Be,32Bfに対向する側が磁化されてN極となり、その反対側(外歯車5側)がS極となる。その結果、外歯車5が矢印R2方向に回転し、図10に示すような釣り合い状態になる。
When the inner magnet pieces 32Be and 32Bf face the third
図11は、外歯車5の第4の磁束収束部25G,25Hがステータ歯車7の第4の磁性歯部53G,53Hに対向した状態の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state in which the fourth magnetic
図10に示す状態から第1の回転軸3によって内歯車6を矢印R1方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第4の磁性歯部53Gと内側磁石片32Agとの間及び、第4の磁性歯部53Hと内側磁石片32Ahとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図11に示すように、第4の磁束収束部25G,25Hが第4の磁性歯部53G,53Hに対向する。
When the
内側磁石片32Ag,32Ahが、第4の磁性歯部53G,53Hに対向すると、第4の磁性歯部53G,53Hの内側磁石片32Ag,32Ahに対向する側が磁化されてS極となり、その反対側(外歯車5側)がN極となる。その結果、外歯車5が矢印R2方向に回転し、図11に示すような釣り合い状態になる。
When the inner magnet pieces 32Ag, 32Ah face the fourth
図12は、外歯車5の第5の磁束収束部25I,25Jがステータ歯車7の第5の磁性歯部53I,53Jに対向した状態の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a state in which the fifth magnetic
図11に示す状態から第1の回転軸3によって内歯車6を矢印R1方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第5の磁性歯部53Iと内側磁石片32Biとの間及び、第5の磁性歯部53Jと内側磁石片32Bjとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図12に示すように、第5の磁束収束部25I,25Jが第5の磁性歯部53I,53Jに対向する。
When the
内側磁石片32Bi,32Bjが、第5の磁性歯部53I,53Jに対向すると、第5の磁性歯部53I,53Jの内側磁石片32Bi,32Bjに対向する側が磁化されてN極となり、その反対側(外歯車5側)がS極となる。その結果、外歯車5が矢印R2方向に回転し、図12に示すような釣り合い状態になる。
When the inner magnet pieces 32Bi, 32Bj face the fifth
第1の回転軸3によって内歯車6を矢印R1方向に回転させると、外歯車5が矢印R2方向に回転し、図8に示す状態から図12に示す状態に遷移する。そして、第5の磁性歯部53I,53Jは、矢印R1方向で第1の磁性歯部53A,53Bに隣り合う。磁気引力の釣り合いを繰り返して行うことで、磁気歯車装置1の状態が遷移する。外歯車5は、内歯車6よりも小さく回転し、本例では、内歯車6の回転角の1/5程度回転する。
When the
3.磁気歯車装置の磁束密度
次に、本例の磁気歯車装置1に用いられている磁石片の配列と磁束密度の分布について図13を参照して説明する。
図13Aは内側磁石片32A,32Bの配列と磁束密度の分布の関係を示す説明図であり、図13Bは第1外側磁石片22A,22B及び第2外側磁石片23A,23Bの配列と磁束密度の分布を示す説明図である。
3. Next, the arrangement of magnet pieces and the distribution of the magnetic flux density used in the
13A is an explanatory view showing the relationship between the arrangement of the
図13Aに示すように、内側磁石片32A,32Bは、異なる磁極が内側筒31の筒孔31aの周方向に隣り合うように配置されている。内側磁石片32A,32Bが内側筒31の径方向に磁化されているので、この配列の磁束密度の分布は略台形状に形成される。
As shown in FIG. 13A, the inner magnet pieces 32 </ b> A and 32 </ b> B are arranged such that different magnetic poles are adjacent to each other in the circumferential direction of the
本例では、外歯車5よりも磁極数が少ない内歯車6の磁極片を図13Aに示す配列とした。内歯車6には、内側磁石片32A,32Bが内歯車6の周方向に交互に配置されているため、比較的大きい値の磁束密度を広範囲に渡って得ることができ、磁束密度の平均値が大きくなる。その結果、磁極数の少なくても大きな伝達トルクを得ることができる。
In this example, the pole pieces of the
図13Bに示すように、第1外側磁石片22A,22B及び第2外側磁石片23A,23Bの同じ磁極が外側筒21の径方向及び周方向に隣り合うように配置されている。第1外側磁石片22A,22B及び第2外側磁石片23A,23Bの配列では、磁束がV字状に形成された磁束収束部25に集中する。磁束密度の分布は、磁束が集まる磁束収束部25の狭い範囲で突出する。
As shown in FIG. 13B, the same magnetic poles of the first outer magnet pieces 22 </ b> A and 22 </ b> B and the second outer magnet pieces 23 </ b> A and 23 </ b> B are arranged adjacent to each other in the radial direction and the circumferential direction of the
本例では、内歯車6よりも磁極数が多い外歯車5の磁極片を図13Bに示す配列とした。外歯車5には、多数の磁束収束部25が狭い間隔で設けられているため、ピークの大きな磁束密度を連続して得ることができる。そのため、磁束密度の平均値を大きくすることができ、大きな伝達トルクを得ることができる。
In this example, the pole pieces of the
本例の磁気歯車装置1では、隣り合う第2外側磁石片23A,23B間にV字状の溝部である磁束収束部25A〜25Jを形成した(図8〜図12参照)。これら磁束収束部25A〜25Jには、磁束が集中する。そして、磁束収束部25A〜25Jの磁束がステータ歯車7の幅の狭い磁性歯部53A〜53Jを通るため、外歯車5と内歯車6との間に生じる磁気引力を増大させることができる。その結果、磁気歯車装置1は、大きな伝達トルクを得ることができ、かつ、伝達効率を向上させることができる。
In the
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention described in the claims.
1・・・磁気歯車装置、2・・・ケース、3・・・第1の回転軸、4・・・第2の回転軸、5・・外歯車、6・・・内歯車、7・・・ステータ歯車、11・・・底板、12・・・第1の支持板、13・・・第2の支持板、14・・・補強片、16,17,18,19・・・軸受、21・・・外側筒、21a・・・筒孔、22A,22B・・・第1外側磁石片、23A,23B・・・第2外側磁石片、25・・・磁束収束部、25A,25B・・・第1の磁束収束部、25C,25D・・・第2の磁束収束部、25E,25F・・・第3の磁束収束部、25G,25H・・・第4の磁束収束部、25I,25J・・・第5の磁束収束部、31・・・内側筒、31a・・・筒孔、32A,32B・・・内側磁石片、41・・・本体部、42・・・ステータ部材、42a・・・連結部、42b・・・磁性片、42c・・・溝部、47・・・ベース部、47a・・・貫通孔、47b・・・凹部、50・・・固定部、53・・・磁性歯部、53A,53B・・・第1の磁性歯部、53C,53D・・・第2の磁性歯部、53E,53F・・・第3の磁性歯部、53G,53H・・・第4の磁性歯部、53I,53J・・・第5の磁性歯部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記外歯車の前記筒孔に配置され、円筒状の内側筒と、前記内側筒の外周部に取り付けられた複数の内側磁石片とを有する内歯車と、
前記外歯車と前記内歯車との間に配置されるステータ歯車と、を備え、
前記ステータ歯車は、
前記外歯車の前記筒孔と同心円状に間隔を開けて並ぶ複数の磁性歯部と、前記複数の磁性歯部の間に設けられた複数の固定部とを有する本体部と、
前記本体部に接続するベース部と、を有する
磁気歯車装置。 A cylindrical outer cylinder having a cylindrical hole; and an external gear having a plurality of outer magnet pieces attached to the inner periphery of the outer cylinder;
An internal gear disposed in the cylindrical hole of the external gear and having a cylindrical inner cylinder and a plurality of inner magnet pieces attached to an outer peripheral portion of the inner cylinder;
A stator gear disposed between the external gear and the internal gear,
The stator gear is
A main body having a plurality of magnetic teeth arranged concentrically with the cylindrical hole of the external gear, and a plurality of fixing portions provided between the plurality of magnetic teeth;
And a base part connected to the main body part.
装置。 The magnetic gear device according to claim 1, wherein the magnetic tooth portion is formed of a dust core.
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