JP2016205424A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の斥力を用いてトルクの増大を図る遊星歯車装置を提供する。
【解決手段】この遊星歯車装置８０は遊星歯車３４の公転運動により回転する回転補助板４０と、この回転補助板４０の外周に非接触に設けられる固定補助板４２とを有している。そして、固定補助板４２には複数の固定側磁石４６が回転補助板４０の回転方向に向けて傾けて設置され、回転補助板４０には複数の回転側磁石４４が固定側磁石４６と対向する方向に傾けて設置される。そして、回転側磁石４４と固定側磁石４６との間には回転補助板４０の回転方向に向けて斥力が働く。この斥力により回転補助板４０は回転方向に押圧され、遊星キャリア３６の回転を補助する。これにより、従動軸１４のトルクを増大させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク増幅機能を有する遊星歯車装置に関するものである。

遊星歯車とは減速ギアの一つであり、動力源と接続した太陽歯車と、この太陽歯車の周面で螺合する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車が内接して螺合する内歯車とで主に構成され、遊星歯車の公転運動もしくは内歯車の回転運動を負荷側に伝達することで、動力源からの回転力を減速、高トルク化するものである。そして、この遊星歯車機構は、動力源からの入力となる駆動軸と負荷側への出力となる従動軸とが同軸となること、比較的少ない段数で大きな減速比が得られることなどから、自家用車や自転車等、様々な製品に使用されている。

ここで、下記［特許文献１］には、遊星歯車の相互干渉を回避して、大減速比と高トルクとを得る遊星歯車装置に関する発明が開示されている。

特開平９−１４４８１８号公報

しかしながら、このような減速機構におけるトルクの向上は、様々なアプローチからの更なる改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石の斥力を用いてトルクの増大を図る遊星歯車装置を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）駆動軸１０と固定した太陽歯車３０と、遊星軸１２を備え前記太陽歯車３０と螺合して前記太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車３４と、前記複数の遊星歯車３４が内周面で螺合する内歯車３２と、前記遊星軸１２を介して伝達される前記遊星歯車３４の公転運動を従動軸１４の回転運動として負荷側に伝達する遊星キャリア３６と、を有する遊星歯車装置において、
前記遊星歯車３４の公転運動により回転する回転補助板４０と、
前記回転補助板４０の外周に非接触に設けられる固定補助板４２と、を備え、
前記回転補助板４０の周縁には全周に亘って複数の回転側磁石４４が設けられるとともに、前記固定補助板４２には前記回転側磁石４４と磁極が反発するように複数の固定側磁石４６が設けられ、
さらに、前記固定側磁石４６の磁極面４６ａは前記回転補助板４０の回転方向に向けて所定の角度φ傾けて設置されるとともに、前記回転側磁石４４の磁極面４４ａは前記固定側磁石４６の磁極面４６ａと対向する側に所定の角度θ傾けて設けられることを特徴とする遊星歯車装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）回転補助板４０と固定補助板４２とが、遊星歯車３４を挟んで両側に設けられることを特徴とする上記（１）記載の遊星歯車装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る遊星歯車装置は、遊星歯車側に設けられた回転補助板の回転側磁石と、この回転補助板の外周に非接触に設けられる固定補助板の固定側磁石との間で斥力を生じさせる。そして、この斥力は遊星キャリアの回転を補助し、これにより従動軸のトルクの向上を図ることができる。また、回転補助板は固定側磁石によって周方向から略均等に斥力を受ける。これにより、従動軸の偏心を防止して円滑な回転を行うことができる。

本発明に係る遊星歯車装置の斜視図である。 本発明に係る遊星歯車装置の構成を説明する図である。 本発明に係る遊星歯車装置の回転補助板及び固定補助板を示す図である。 本発明に係る遊星歯車装置の他の例を示す図である。

本発明に係る遊星歯車装置８０の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る遊星歯車装置８０の斜視図である。また、図２（ａ）は本発明に係る遊星歯車装置８０のギヤ部５０を示す平面図であり、図２（ｂ）は遊星歯車装置８０の側面図である。尚、図２（ｂ）においては、内歯車３２、固定補助板４２ａ、４２ｂを破線により透過状態で示す。

先ず、図２（ａ）に示す、本発明に係る遊星歯車装置８０のギヤ部５０は、モータやエンジン、風車、水車等の図示しない動力源によって回転する駆動軸１０と、この駆動軸１０と固定した太陽歯車３０と、遊星軸１２を備えるとともに太陽歯車３０と螺合して太陽歯車３０の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車３４と、これら複数の遊星歯車３４が内周面に設けられたギヤ歯と螺合する内歯車３２と、遊星歯車３４の遊星軸１２を介して伝達される遊星歯車３４の公転運動を従動軸１４の回転運動に変換して負荷側に伝達する遊星キャリア３６と、を備え、内歯車３２が固定した所謂プラネタリ型の遊星歯車機構を基本構成として有している。尚、本例では遊星歯車３４を３つ設けた例を示しているが、遊星歯車３４の数に特に限定はなく、２つでも４つでもそれ以上でも良い。また、本例では太陽歯車３０と遊星歯車３４の大きさを略同等としているが、これにも特に限定はなく、要求される減速比等により適宜設定される。

また、本発明に係る遊星歯車装置８０は、軸受孔１２ａを介して遊星軸１２と接続し遊星歯車３４の公転運動により回転する回転補助板４０（４０ａ、４０ｂ）と、この回転補助板４０（４０ａ、４０ｂ）の外周に非接触に設けられる固定補助板４２（４２ａ、４２ｂ）と、を備えている。そして、固定補助板４２は遊星歯車装置８０を設置する機器側に固定される。よって、遊星歯車装置８０のギヤ部５０が回転動作しても固定補助板４２がそれに伴って回転することは無い。また、回転補助板４０は中心に駆動軸１０が非接触状態で貫入する軸孔１０ａを有しており、回転補助板４０が駆動軸１０の回転動作を妨げることは無い。尚、本例では回転補助板４０ａ、４０ｂ及び固定補助板４２ａ、４２ｂをギヤ部５０を挟んで両側に設けた例を示しているが、回転補助板４０、固定補助板４２の位置、個数には特に限定は無く、ギヤ部５０の片面側に設けても良いし、回転補助板４０、固定補助板４２を複数連ねて設置しても良い。また、回転補助板４０は本例で示すように円板形状が最も好ましいが、後述の回転側磁石４４の外形に沿って歯車状としても良い。また、固定補助板４２は回転補助板４０が非接触に回転可能な径の孔４３を備えていれば、どのような形状でも構わない。ただし、回転補助板４０の外周面と回転補助板４０の内周面との間隔は狭いことが好ましく、よって回転補助板４０の孔４３の径は可能な限り小さくすることが好ましい。

そして、回転補助板４０の周縁には全周に亘って複数の回転側磁石４４が等間隔で設けられる。この回転側磁石４４の設置個数には特に限定は無いが、隣り合う回転側磁石４４の間隔は狭い方が好ましく一部重なる程度の数が好ましい。このとき、回転補助板４０に設置する回転側磁石４４の磁極は全て同じ方向とする。即ち、周縁側をＮ極とした場合には、その回転補助板４０に設置する回転側磁石４４は全て周縁側をＮ極とする。また、周縁側をＳ極とした場合には、その回転補助板４０に設置する回転側磁石４４は全て周縁側をＳ極とする。

また、回転補助板４０の外周に設けられる固定補助板４２には、回転側磁石４４と対応するように固定補助板４２の全周に亘って複数の固定側磁石４６が等間隔で設けられる。固定側磁石４６の設置個数は回転側磁石４４と同数が最も好ましいが、回転側磁石４４の個数から大きく乖離しなければ若干多く設置しても構わない。また、固定補助板４２に設置する固定側磁石４６の磁極は全て同じ方向とし、さらに回転側磁石４４と反発する（斥力が働く）方向とする。よって、回転側磁石４４の周縁側がＮ極の場合には固定側磁石４６の内周側がＮ極となり、回転側磁石４４の周縁側がＳ極の場合には固定側磁石４６の内周側もＳ極となる。また、図３（ｂ）に示すように、回転側磁石４４の周縁側（固定補助板４２側）の磁極面を磁極面４４ａとし、固定側磁石４６の内周側（回転補助板４０側）の磁極面を磁極面４６ａとし、磁極面４４ａ、４６ａと回転補助板４０、固定補助板４２の接線とのなす角をそれぞれ角度θ、角度φとしたときに、固定側磁石４６の磁極面４６ａは図３（ｂ）の矢印で示す回転補助板４０の回転方向に向けて所定の角度φ傾けて設置する。また、回転側磁石４４の磁極面４４ａは固定側磁石４６の磁極面４６ａと対向する方向に所定の角度θ傾けて設置する。尚、回転側磁石４４の角度θは回転補助板４０の径、回転側磁石４４の大きさ、個数等によって最適な値が変化するが、概ね３０°〜４０°とすることが好ましい。また、角度φは角度θと略同等とすることが好ましい。

次に、本発明に係る遊星歯車装置８０の動作を説明する。先ず、図２（ａ）に示す状態で駆動軸１０に動力源からの回転力が加わると、駆動軸１０に固定した太陽歯車３０が回転する。尚、ここでは太陽歯車３０が反時計回りの方向に回転する例を示す。太陽歯車３０が反時計回りに回転すると、これと螺合した各遊星歯車３４が各々時計回りに回転（自転）する。また、遊星歯車３４は固定した内歯車３２とも螺合しているから、各遊星歯車３４は太陽歯車３０の回転により、この太陽歯車３０の周囲を反時計回りに回転（公転）する。そして、この遊星歯車３４の公転運動は遊星キャリア３６に伝達され従動軸１４の回転運動に変換されて各種機械機器や発電機等の負荷側に伝達される。

このとき、回転側磁石４４と固定側磁石４６との間には前述のように斥力が働く。そして、固定側磁石４６の磁極面４６ａは回転補助板４０の回転方向に向けて角度φ傾けて設置され、回転側磁石４４の磁極面４４ａは固定側磁石４６の磁極面４６ａと対向する方向に角度θ傾けて設置されているため、この斥力は回転補助板４０を回転方向に押圧するよう働き回転補助板４０と接続した遊星歯車３４の公転運動を補助する。また、回転補助板４０が動力源からの回転力等により回転動作すると、回転側磁石４４は周方向に移動して固定側磁石４６からの斥力を連続的に受ける。これにより、回転補助板４０は連続的に回転方向に押圧され、遊星歯車３４の公転運動及び遊星キャリア３６の回転を補助する。これにより、遊星キャリア３６に接続した従動軸１４のトルクは増大する。

また、回転側磁石４４と固定側磁石４６とは回転補助板４０と固定補助板４２の全周に亘って設けられているため、回転補助板４０は周方向から略均等に斥力を受ける。これにより、従動軸１４の偏心が防止され円滑な回転が可能となる。特に、回転補助板４０ａ、４０ｂと固定補助板４２ａ、４２ｂとをギヤ部５０（遊星歯車３４）を挟んで両側に設ける構成では、従動軸１４の偏心を更に安定的に防止することができる。

またさらに、回転側磁石４４と固定側磁石４６とは、図４に示すように、磁極面４４ａ、４６ａを隣の回転側磁石４４、固定側磁石４６の両磁極の中間部近傍に位置させるようにしても良い。この構成によれば、回転補助板４０の押圧に関与する磁力線の数が多くなり、トルクの向上効果及び偏心の防止効果を更に向上させることができる。

以上のように、本発明に係る遊星歯車装置８０は遊星歯車３４の公転運動により回転する回転補助板４０と、この回転補助板４０の外周に非接触に設けられる固定補助板４２とを有している。そして、固定補助板４２には全周に亘って複数の固定側磁石４６が等間隔且つ回転補助板４０の回転方向に向けて傾けて設置され、回転補助板４０の周縁には全周に亘って複数の回転側磁石４４が等間隔で且つ固定側磁石４６と対向する方向に傾けて設置される。そして、回転側磁石４４と固定側磁石４６とを同極が対向する方向とすることで、回転側磁石４４と固定側磁石４６との間には回転補助板４０の回転方向に向けて斥力が働く。この斥力により回転補助板４０は回転方向に押圧され、遊星歯車３４の公転運動及び遊星キャリア３６の回転を補助する。これにより、遊星キャリア３６に接続した従動軸１４のトルクを増大させることができる。また、回転補助板４０は固定側磁石４６によって周方向から略均等に斥力を受ける。これにより、従動軸１４の偏心を防止することができる。

尚、本例で示した遊星歯車装置８０、回転補助板４０、固定補助板４２、回転側磁石４４、固定側磁石４６、その他の構成の形状や配置、個数、機構等は一例であるから上記の例に限定されるわけでは無く、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

１０ 駆動軸
１２ 遊星軸
１４ 従動軸
３０ 太陽歯車
３２ 内歯車
３４ 遊星歯車
３６ 遊星キャリア
４０ 回転補助板
４２ 固定補助板
４４ 回転側磁石
４４ａ 磁極面（回転側磁石）
４６ 固定側磁石
４６ａ 磁極面（固定側磁石）
８０ 遊星歯車装置

Claims (2)

1. 駆動軸と固定した太陽歯車と、
   遊星軸を備え前記太陽歯車と螺合して前記太陽歯車の周りを自転しながら公転する複数の遊星歯車と、
   前記複数の遊星歯車が内周面で螺合する内歯車と、
   前記遊星軸を介して伝達される前記遊星歯車の公転運動を従動軸の回転運動として負荷側に伝達する遊星キャリアと、を有する遊星歯車装置において、
   前記遊星歯車の公転運動により回転する回転補助板と、
   前記回転補助板の外周に非接触に設けられる固定補助板と、を備え、
   前記回転補助板の周縁には全周に亘って複数の回転側磁石が設けられるとともに、前記固定補助板には前記回転側磁石と磁極が反発するように複数の固定側磁石が設けられ、
   さらに、前記固定側磁石の磁極面は前記回転補助板の回転方向に向けて所定の角度傾けて設置されるとともに、前記回転側磁石の磁極面は前記固定側磁石の磁極面と対向する側に所定の角度傾けて設けられることを特徴とする遊星歯車装置。
2. 回転補助板と固定補助板とが、遊星歯車を挟んで両側に設けられることを特徴とする請求項１記載の遊星歯車装置。

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