JP2019168010A - Magnetic gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気を利用した歯車により非接触でトルクを伝達する磁気歯車に関する。 The present invention relates to a magnetic gear that transmits torque in a non-contact manner by a gear that uses magnetism.
一般的な歯車機構は複数の歯車を用い、その歯数比によって変速を行っており、歯同士の接触による振動・騒音が発生するとともに、摩耗による機械的寿命があり、しかも注油などのメンテナンスが必要となる。これに対して、磁気を利用して非接触でトルクを伝達する磁気歯車の開発および実用化が進められている。磁気歯車では非接触でトルク伝達を行うことから上記のような不都合がない。 A general gear mechanism uses a plurality of gears, and gears are changed according to the ratio of the number of teeth. Vibration and noise are generated by contact between teeth, mechanical life is due to wear, and maintenance such as lubrication is possible. Necessary. On the other hand, magnetic gears that transmit torque in a non-contact manner using magnetism have been developed and put into practical use. The magnetic gear does not have the above-mentioned disadvantages because it transmits torque without contact.
磁気歯車の一般的構成としては、例えば特許文献1に示されるように、周方向に複数の磁石を配列したインナー歯車およびアウター歯車と、周方向に複数のポールピースを配列したセンターリングとを備え、内径側から外径側に向かってインナー歯車、センターリングおよびアウター歯車の順で同心かつ相対回転可能に構成される。インナー歯車、センターリングおよびアウター歯車のうちいずれか1つを入力部とし、いずれか1つを出力部とし、変速して回転伝達を行う。
As a general configuration of the magnetic gear, for example, as shown in
非特許文献1では、磁気歯車のセンタロータを固定する場合とアウター歯車を固定する場合とでは異なる変速比が得られること、およびそれらの変速比の計算式が開示されている。
Non-Patent
このような磁気歯車では磁気的に非接触でトルクを伝達する構造であることからその伝達トルクに限度があり、伝達可能トルクの一層の向上が望まれている。 Since such a magnetic gear has a structure in which torque is transmitted in a magnetically non-contact manner, there is a limit to the transmission torque, and further improvement of the transmittable torque is desired.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、伝達可能トルクを増大させることのできる磁気歯車を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic gear capable of increasing the transmittable torque.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる磁気歯車は、インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記アウター磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記アウターヨークに埋め込まれていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a magnetic gear according to the present invention includes an inner gear in which a plurality of inner magnets are arranged in the circumferential direction of an inner yoke, and a relative rotation on the outer circumferential side with respect to the inner gear. A center ring in which a plurality of soft magnetic bodies are arranged in the circumferential direction of the non-magnetic cylinder, and a plurality of outer outer rings in the circumferential direction of the outer yoke. An outer gear arranged with magnets, and the outer magnets are embedded in the outer yoke so that the adjacent magnets face each other in the circumferential direction.
前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。 The outer yoke may have an outer magnet hole in which the outer magnet is embedded, and the outer magnet hole may have an opening on at least one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the outer yoke.
前記アウターヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記アウター磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。 The outer yoke has a circumferential surface shape in which the inner circumferential surface or the outer circumferential surface where the opening is opened has a rotation axis center, and an edge of one end of the outer magnet coincides with an edge of the opening. Also good.
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれていてもよい。 The inner magnets may be embedded in the inner yoke so that adjacent poles face each other in the circumferential direction.
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。 The inner yoke may have an inner magnet hole in which the inner magnet is embedded, and the inner magnet hole may have an opening on at least one of an inner peripheral surface or an outer peripheral surface of the inner yoke.
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。 The inner yoke has a circumferential surface shape in which the inner circumferential surface or the outer circumferential surface where the opening is opened has a rotation axis center, and an edge of one end of the inner magnet coincides with an edge of the opening. Also good.
インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれており、前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする。 An inner gear in which a plurality of inner magnets are arranged in the circumferential direction of the inner yoke, and a center in which a plurality of soft magnetic bodies are arranged in the circumferential direction of the non-magnetic cylindrical body provided to be relatively rotatable on the outer circumferential side with respect to the inner gear. A ring, and an outer gear that is provided on the outer peripheral side of the center ring so as to be rotatable relative to the outer periphery, and in which a plurality of outer magnets are arranged in the circumferential direction of the outer yoke. The inner yoke is embedded in the inner yoke so that the same pole faces in the direction, and the inner yoke has an inner magnet hole in which the inner magnet is embedded, and the inner magnet hole is an inner peripheral surface or an outer peripheral surface of the inner yoke. It has an opening part in at least one of these.
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。 The inner yoke has a circumferential surface shape in which the inner circumferential surface or the outer circumferential surface where the opening is opened has a rotation axis center, and an edge of one end of the inner magnet coincides with an edge of the opening. Also good.
本発明にかかる磁気歯車では、アウター磁石が隣接する同士で周方向に同極が向き合うようにアウターヨークに埋め込まれており、または、インナー磁石が隣接する同士で周方向に同極が向き合うようにインナーヨークに埋め込まれており、それぞれ磁極部に効率的に磁力が伝えられて伝達可能トルクを増大させることができる。 In the magnetic gear according to the present invention, the outer magnets are embedded in the outer yoke so that the same poles face each other in the circumferential direction, or the inner poles face each other so that the same poles face each other in the circumferential direction. It is embedded in the inner yoke, and the magnetic force can be efficiently transmitted to the respective magnetic pole portions to increase the transmittable torque.
以下に、本発明にかかる磁気歯車の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下、方向を識別するために、図1における軸方向を基準として右上方向をX1方向、左下方向をX2方向とし、各図に方向を示す矢印を表記する。また、内側および内径方向とは回転軸中心を向く方向で、外側または外径方向とはその逆方向とする。さらに、ボルトについてはサイズおよびタイプに拘わらず全てボルトBと呼ぶ。 Embodiments of a magnetic gear according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. Hereinafter, in order to identify the direction, the upper right direction is the X1 direction and the lower left direction is the X2 direction with the axial direction in FIG. 1 as a reference, and an arrow indicating the direction is shown in each figure. The inner and inner diameter directions are directions facing the center of the rotation axis, and are opposite to the outer or outer diameter direction. Further, the bolts are all called bolts B regardless of their sizes and types.
図1、図2−1に示すように、第1の実施形態にかかる磁気歯車10aは、アウター歯車体12と、インナー歯車14と、センター体16と、アウター軸18と、インナー軸20と、ベース22とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2-1, a
アウター歯車体12はケーシング24と、アウター歯車26と、アウター側面部28とを有する。ケーシング24は筒体であって、磁気歯車10aにおいてベース22を除く本体部の外枠を形成する。
The
アウター歯車26はアウターヨーク26aと、NL=31極対(62個)のアウター磁石26bとを有する。アウター歯車26は低速ロータとも呼ばれる。アウター歯車26のさらに詳細な構成については後述する。
The
アウター側面部28は磁気歯車10aのX1方向側を覆う蓋体であり、複数のボルトBによりケーシング24のX1方向端面に固定され、アウター歯車26に対して回転不能で一体的に回転する。アウター側面部28はインナー軸20が挿通可能な中心孔28aと、等角度に配置された6つのボルト孔である軸固定部28bと、6つのボルト孔であるベース固定部28cとを有する。軸固定部28bはボルトBによりアウター軸18を固定可能である。ベース固定部28cは軸固定部28bよりも外径側に配置されており、ボルトBによりベース22に固定可能である(図2−2参照)。軸固定部28bとベース固定部28cとの間にはX1方向に突出する環状突起28dが設けられ、該環状突起28dよりも内径側は浅い嵌合溝28eが形成されている。軸固定部28bは嵌合溝28eの底部に設けられている。
The outer
インナー歯車14はインナーヨーク14aと、NH=3極対(6個)のインナー磁石14bとを有する。インナー歯車14の中心にはインナー軸20が挿通して固定されるインナー軸固定孔15が設けられている。インナー歯車14は高速ロータとも呼ばれる。インナー歯車14のさらに詳細な構成については後述する。
The
センター体16はセンターリング30と、センター側面部32とを有する。センターリング30はポールホルダ30aと、NS=34個のポールピース30bとを有する。ポールホルダ30aは非磁性体の筒体である。ポールピース30bは軟磁性体であって、ポールホルダ30aに対して周方向に等角度に配列されている。インナーヨーク14a、インナー磁石14b、アウターヨーク26a、アウター磁石26bおよびポールピース30bは、それぞれ軸方向位置と軸方向長さが略等しくなるように設定されている(図2−1参照)。
The
なお、アウター歯車26におけるアウター磁石26bの極対数NL、インナー歯車14におけるインナー磁石14bの極対数NHおよびセンターリング30におけるポールピース30bの個数NSは、
NS=NL±NH
という関係が成立するように選定される。
磁気歯車10aではNS=34、NL=31、NH=3であり、
34=31+3
という関係が成立している。
The number of pole pairs NL of the
NS = NL ± NH
Is selected so that the relationship is established.
In the
34 = 31 + 3
The relationship is established.
センター側面部32は磁気歯車10aのX2方向側を覆う蓋体である。センターリング30とセンター側面部32とは一体成形されて相対回転不能であり、センター側面部32の外周部がセンターリング30のX2方向端面と接続されている。センター側面部32はインナー軸20が挿通可能な中心孔32aと、等角度に配置された6つのボルト孔である軸固定部32bと、等角度に配置された6つのボルト孔であるベース固定部32cとを有する。軸固定部32bはボルトBによりアウター軸18を固定可能である。ベース固定部32cは軸固定部32bよりも外径側に配置されており、ボルトBによりベース22に固定される。軸固定部32bとベース固定部32cとの間にはX2方向に突出する環状突起32dが設けられ、該環状突起32dよりも内径側は浅い嵌合溝32eが形成されている。軸固定部32bは嵌合溝32eの底部に設けられている。
The center
6つの軸固定部32bおよび上記の6つの軸固定部28bは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれアウター軸18が固定可能である。6つのベース固定部32cおよび上記の6つのベース固定部28cは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれベース22が固定可能である。
The six
センター側面部32はアウター側面部28の外周近傍を除く内径側部分と同一の対称構造となっており、中心孔28aと中心孔32a、軸固定部28bと軸固定部32b、ベース固定部28cとベース固定部32c、環状突起28dと環状突起32d、および嵌合溝28eと嵌合溝32eはそれぞれ同一形状で同配置となっている。
The center
アウター軸18およびインナー軸20は、駆動機構および従動機構が接続される入出力部である。アウター軸18はフランジ18aと、該フランジ18aから一方に突出した軸部18bと、フランジ18aに設けられた等間隔で6つの孔18cとを有する。ボルトBが孔18cを通って軸固定部28bに螺合されると、アウター軸18はアウター側面部28に固定され、軸部18bはX1方向に突出する。フランジ18aは嵌合溝28eに嵌合して安定する。アウター軸18はアウター側面部28およびセンター側面部32のいずれにも固定可能でありアウター/センター兼用軸または低速軸とも呼ばれ得るものだが、ここでは単にアウター軸18と称する。
The
インナー軸20は長尺な円柱軸形状であって、インナー軸固定孔15に対して機械的(例えば、キー、スプライン、Dカット構造)に接続され、インナー歯車14に対して回転不能で一体的に回転する。インナー軸20はインナー軸固定孔15に対して着脱可能で、軸方向逆向きに組み替え可能な構成となっている。インナー軸20のX1方向端部近傍はアウター側面部28の中心孔28aに対してベアリング34aで軸支されている。インナー軸20のほぼ中心部はセンター側面部32の中心孔32aに対してベアリング34bで軸支されている。ベアリング34a,34bの内輪とインナー歯車14との間にはそれぞれスペーサ36a、36bが介挿されている。ベアリング34a,34bはスナップリング38a,38bにより抜け止め処理されている。インナー歯車14はベアリング34a、34bによりアウター歯車体12およびセンター体16に対して相対回転可能となっている。インナー軸20は高速軸とも呼ばれ得る。
The
アウター側面部28の一部とセンターリング30のX1方向端内周面との間にはベアリング40aが設けられている。センター側面部32のX2方向端外周面とケーシング24のX2方向端内周面との間にはベアリング40bが設けられている。ベアリング40a,40bによりアウター歯車体12とセンター体16とは相対回転可能となっている。
A bearing 40 a is provided between a part of the outer
ベース22は固定台としての機能を備え、側面視でL字形状であって側板22aとベース板22bとを有する。側板22aは、ベース板22bと直交して立設している。側板22aは、中心に設けられた軸挿通孔22cと、該軸挿通孔22cの周囲で等角度に設けられた6つの孔22dとを有する。ボルトBが孔22dを通ってベース固定部32cに螺合されると、ベース22はセンター側面部32に固定される。軸挿通孔22cはアウター軸18、フランジ18aおよびインナー軸20が挿通可能な径となっている。軸挿通孔22cの一端には浅い環状切欠22eが設けられ、該環状切欠22eには環状突起28dまたは環状突起32dが嵌合可能となっている。軸挿通孔22cと嵌合溝28e,32eとは同径となっている。
The
図2−1に示すように、アウター軸18はアウター歯車体12のアウター側面部28に固定されて軸部18bはX1方向に突出する。インナー軸20はインナー歯車14のインナー軸固定孔15に固定され、中心孔32aおよび軸挿通孔22cを通ってX2方向に突出するように組み立てられている。アウター軸18とインナー軸20とは同軸構造となる。ベース22はセンター体16のセンター側面部32に固定される。磁気歯車10aはこのように組み立てられることにより、アウター軸18が一体固定されたアウター歯車体12が低速側入出力部となり、インナー軸20が一体固定されたインナー歯車14が高速側入出力部となる。アウター軸18とインナー軸20との間は、アウター歯車体12、インナー歯車14およびセンターリング30の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。
As shown in FIG. 2A, the
このとき、アウター軸18を入力側、インナー軸20を出力側とした場合の変速比Grは以下の式で求められる。
Gr=−NL/NH=−31/3=−10.33
つまり、変速比Grの絶対値は10.33であり、マイナス符号であるから回転方向は逆向きとなる。
At this time, the gear ratio Gr when the
Gr = −NL / NH = −31 / 3 = −10.33
In other words, the absolute value of the transmission gear ratio Gr is 10.33, which is a minus sign, so that the rotation direction is reversed.
一方、図2−2に示すように、アウター軸18はセンター体16のセンター側面部32にも固定可能であり、この場合には軸部18bはX2方向に突出する。インナー軸20はインナー歯車14のインナー軸固定孔15に固定され、中心孔28aおよび軸挿通孔22cを通ってX1方向に突出するように組み立てられる。この場合もアウター軸18とインナー軸20とは同軸構造となる。ベース22はアウター歯車体12のアウター側面部28に固定される。磁気歯車10aはこのように組み立てられることにより、アウター軸18が一体固定されたセンター体16が低速側入出力部となり、インナー軸20が一体固定されたインナー歯車14が高速側入出力部となる。アウター軸18とインナー軸20との間は、アウター歯車体12、インナー歯車14およびセンターリング30の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。
On the other hand, as shown in FIG. 2-2, the
このとき、変速比Grは以下の式で求められる。
Gr=NS/NH=34/3=+11.33
つまり、変速比Grの絶対値は11.33であり、プラス符号であるから回転方向は順向きとなる。なお、磁気歯車10a〜10cの磁気作用で変速動作が得られる原理については、例えば特許文献1や非特許文献1に示されているように公知であるからここでは説明を省略する。
At this time, the gear ratio Gr is obtained by the following equation.
Gr = NS / NH = 34/3 = + 11.33
That is, the absolute value of the transmission gear ratio Gr is 11.33, which is a plus sign, so that the rotation direction is forward. In addition, since the principle by which the speed change operation | movement is obtained by the magnetic effect | action of the
インナー歯車14およびアウター歯車26の構造について図3を参照しながらさらに詳細に説明する。
The structure of the
図3に示すように、アウターヨーク26aおよびインナーヨーク14aは筒体であることから、それぞれの内周面および外周面は回転軸中心の円周面であって無駄な凹凸がない。したがって、インナーヨーク14aの外周面とセンターリング30の内周面との隙間は十分に狭く、またアウターヨーク26aの内周面とセンターリング30の外周面との隙間は十分に狭く、それぞれ磁気の力を作用させやすい。
As shown in FIG. 3, since the
アウター歯車26のアウターヨーク26aは軟磁性体であり、ケーシング24の内周面に固定された筒体である。アウターヨーク26aは、アウター磁石孔26cと、磁極部26dと、ブリッジ26eとを有する。アウター磁石孔26cはアウター磁石26bが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク26aの内周面側に開口部26fを有する。アウター磁石26bはアウター磁石孔26cと同形状であって、開口部26f以外の3辺はアウター磁石孔26cと隙間なく接しており、その内側端部は開口部26fの縁26gと一致している。なお、図3〜図5では理解が容易となるようにアウター磁石26bおよびインナー磁石14bにおいてN極をドット地、S極を白地として識別している。
The
アウター磁石26bおよびアウター磁石孔26cは矩形でアウターヨーク26aに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。アウター磁石孔26cを形成する3辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま内側に開口していて開口部26fには凹凸がない。アウター磁石26bは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でS極同士が向かい合い、N極同士が向かい合っている。アウター磁石26bがアウターヨーク26aに対してこのように埋め込まれているアウター歯車26はIPM型(Interior Permanent Magnet、磁石埋め込み型)である。
The
磁極部26dは周方向の両側を2つのアウター磁石孔26cで挟まれた略矩形である。磁極部26dはアウターヨーク26aに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。磁極部26dは、両側をアウター磁石26bのS極で挟まれた箇所がS極、両側をN極で挟まれた箇所がN極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。
The
ブリッジ26eは隣り合う磁極部26d同士をアウターヨーク26aの外周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ26eにより各磁極部26dが相互に接続され、アウターヨーク26aは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ26eは十分に薄く形成されていることからN極からS極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部26dの磁束強度が維持される。
The
インナー歯車14のインナーヨーク14aは軟磁性体であって、円盤形状である。インナーヨーク14aは、インナー磁石孔14cと、磁極部14dと、ブリッジ14eとを有する。インナー磁石孔14cはインナー磁石14bが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク14aの外周面側に開口部14fを有する。インナー磁石14bはインナー磁石孔14cと同形状であって、開口部14f以外の3辺はインナー磁石孔14cと隙間なく接しており、その外側端部は開口部14fの縁14gと一致している。
The
インナー磁石14bおよびインナー磁石孔14cは矩形でインナーヨーク14aに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。インナー磁石孔14cを形成する3辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に開口していて開口部14fには凹凸がない。インナー磁石14bは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でS極同士が向かい合い、N極同士が向かい合っている。インナー磁石14bがインナーヨーク14aに対してこのように埋め込まれているインナー歯車14はIPM型である。
The
磁極部14dは周方向の両側を2つのインナー磁石孔14cで挟まれた部分であり、内径側が狭くて外径側が広い扇形状である。磁極部14dは、両側をインナー磁石14bのS極で挟まれた箇所がS極、両側をN極で挟まれた箇所がN極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。
The
ブリッジ14eは隣り合う磁極部14d同士をインナーヨーク14aの内周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ14eにより各磁極部14dが相互に接続され、インナーヨーク14aは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ14eは十分に薄く形成されていることからN極からS極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部14dの磁束強度が維持される。
The
このように、磁気歯車10aはそれぞれIPM型構造のアウター歯車26とインナー歯車14とを有する。IPM型構造では、磁石が各ロータの表面に配置され、磁石の着磁方向が径方向となるSPM型(Surface Permanent Magnet、表面磁石型)と比較して高トルクが得られる。また渦電流損が少ないため高効率となる。さらに、インナー磁石14bおよびアウター磁石26bは埋め込み構造であるため、遠心力の作用によって外側に剥がされてしまう懸念がなく、高速回転に適する。また、インナー歯車14およびアウター歯車26の少なくとも一方をIPM型構造にすれば、上記の効果が相応に得られる。
Thus, each of the
アウター歯車26では、アウター磁石孔26cが内周側に開口部26fを有していることから、アウター磁石26bは最大限内側に寄った配置が可能となっており、その内側端部は開口部26fの縁26gと一致していてセンターリング30の外周面に極めて近い。また、開口部26fが設けられていることから、アウター歯車26の内周側では各磁極部26dが相互接続されてなく、この部分でのN極からS極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部26dは内側方向に特に強い磁束を指向させることができる。
In the
インナー歯車14では、インナー磁石孔14cが外周側に開口部14fを有していることから、インナー磁石14bは最大限外側に寄った配置が可能となっており、その外側端部は開口部14fの縁14gと一致していてセンターリング30の内周面に極めて近い。また、開口部14fが設けられていることから、インナー歯車14の外周側では各磁極部14dが相互接続されてなく、この部分でのN極からS極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部14dは外側方向に特に強い磁束を指向させることができる。このような構成によりインナー歯車14およびアウター歯車26は、センターリング30を介し相手側に対して相互に強い磁力を作用させることができる。
In the
また、アウター磁石26bをアウター磁石孔26cに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部26gから径方向に挿入してもよい。同様にインナー磁石14bをインナー磁石孔14cに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部14gから径方向に挿入してもよく、それぞれ組立の自由度が増す。
Further, when the
なお、アウター磁石26bの内側端部は開口部26fの縁26gと一致し、インナー磁石14bの外側端部は開口部14fの縁14gと一致しているが、ここでいう一致とは厳密な意味ではなくおおよそ等しい位置にあればよい。例えば、アウター磁石26bおよびインナー磁石14bは、アウターヨーク26aの内周面およびインナーヨーク14aの外周面から突出してしまうとセンターリング30に干渉する懸念があることから、寸法誤差や組立誤差を考慮し余裕をみてやや短めに設定するということも、ここでいう一致と同義である。
The inner end portion of the
このように構成される磁気歯車10aでは、アウター歯車26およびインナー歯車14がそれぞれIPM型であることから伝達可能トルクが大きくなる。また、アウター磁石孔26cが内周側に開口する形状であって、その体積分だけアウター磁石26bを大きくすることができて強い磁力が得られる。同様にインナー磁石孔14cが外周側に開口する形状であって、その体積分だけインナー磁石14bを大きくすることができて強い磁力が得られる。その結果、伝達トルクを増大させることができる。
In the
磁気歯車10aはこのような特徴があり、解析した結果から、次に述べる第2実施形態にかかる磁気歯車10bと比較して最大伝達トルクが21%高く、効率も若干高いことが確認された。
The
次に、第2の実施形態にかかる磁気歯車10bについて図4を参照しながら説明する。磁気歯車10bおよび後述する磁気歯車10cについて、上記の磁気歯車10aと同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
Next, a
図4に示すように、磁気歯車10bは上記のアウター歯車26に代えてアウター歯車42が設けられるとともに、上記のインナー歯車14に代えてインナー歯車44が設けられている。アウター歯車42はアウターヨーク42aと、アウター磁石42bとを有する。アウター磁石42bは上記のアウター磁石26bと同じものであり、同数、同角度配置である。アウターヨーク42aは、上記のアウターヨーク26aと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。アウターヨーク42aはアウター磁石孔42cと、磁極部42dと、ブリッジ42eとを有する。磁極部42dは上記の磁極部26dと同形状である。アウター磁石孔42cはアウター磁石42bが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク42aの外周面側に開口部42fを有する。アウター磁石42bはアウター磁石孔42cと同形状であって、開口部42f以外の3辺はアウター磁石孔42cと隙間なく接しており、その外側端部は開口部42fの縁42gと一致している。このような構成によりアウター磁石42bを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部42fが設けられていることから、アウター歯車42の外周側では各磁極部26dが相互接続されてなく、この部分でのN極からS極への磁束の短絡的導通がない。
As shown in FIG. 4, the
ブリッジ42eは隣り合う磁極部42d同士をアウターヨーク42aの内周部で接続する薄い部分である。ブリッジ42eにより各磁極部42dが相互に接続され、アウターヨーク42aは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ42eの幅は十分に狭く形成されていることからN極からS極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部42dの磁束強度が維持される。
The
また、アウターヨーク42aの外周面はケーシング24の内周面に固定されていることから強度が確保されている。したがって、アウターヨーク42aは内周面側の強度がブリッジ42eで確保されるとともに外周面側の強度がケーシング24で確保されることになり、高速回転に適するとともに耐振動性に優れる。
Further, since the outer peripheral surface of the
インナー歯車44はインナーヨーク44aと、インナー磁石44bとを有する。インナー磁石44bは上記のインナー磁石14bと同じものであり、同数、同角度配置である。インナーヨーク44aは、上記のインナーヨーク14aと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。インナーヨーク44aはインナー磁石孔44cと、磁極部44dと、ブリッジ44eとを有する。磁極部44dは上記の磁極部14dと同形状である。インナー磁石孔44cはインナー磁石44bが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク44aの内周面側に開口部44fおよび一対の抜止突起44hを有する。インナー磁石44bはインナー磁石孔44cと同形状であって開口部44f以外の3辺はインナー磁石孔44cと隙間なく接している。このような構成によりインナー磁石44bを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部44fが設けられていることから、インナー歯車44の内周側では各磁極部44dが相互接続されてなく、この部分でのN極からS極への磁束の短絡的導通がない。
The
抜止突起44hは、開口部44fをやや狭めるように周方向両端に設けられた小さい突起であり、インナー磁石44bを内周端から接することにより安定して保持する。インナー磁石44bはアウター磁石42bよりも大きいが、抜止突起44hにより確実に保持される。また、抜止突起44hを設けることにより、インナー磁石44bの内径側はインナーヨーク44aの内周面よりもやや外径側に寄った位置に設定される。これにより、インナー磁石44bの内径側端面を直線形状としてもインナーヨーク44aの内周側に設けられたコア46との干渉を回避することができる。
The retaining
なお、条件によっては抜止突起44hを省略し、インナー磁石44bを内径側に向かってやや大きく設定し、仮想線で示すようにその内側端部44jを開口部44fの縁44gと一致させてもよい。このような構成によりインナー磁石44bを一層大きくすることができ、強い磁力が得られる。この場合、インナー磁石44bの内径側端面はコア46との干渉を回避するために、該コア46の外周面に沿った円弧面にするとよい。
Depending on conditions, the retaining
上記の磁気歯車10aおよび磁気歯車10bでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は設けなくてもよい。すなわち、図5に示す第3の実施径にかかる磁気歯車10cのような構成でもよい。磁気歯車10cでは、アウター磁石孔48cは外径側がブリッジ48eで塞がれ、内径側がブリッジ48fで塞がれていている。また、インナー磁石孔50cは外径側がブリッジ50eで塞がれ、内径側がブリッジ50fで塞がれている。磁気歯車10cにおいてアウター歯車48、アウターヨーク48a、アウター磁石48b、アウター磁石孔48c、磁極部48d,インナー歯車50、インナーヨーク50a、インナー磁石50b、インナー磁石孔50c、磁極部50dは、上記のアウター歯車26、アウターヨーク26a、アウター磁石26b、アウター磁石孔26c、磁極部26d、インナー歯車14、インナーヨーク14a、インナー磁石14b、インナー磁石孔14c、磁極部14dに相当する。このような磁気歯車10cでは、アウター磁石48bおよびインナー磁石50bは四面がアウター磁石孔48cおよびインナー磁石孔50cに接して安定する。また、アウターヨーク48aおよびインナーヨーク50aは、外周面および内周面がそれぞれ深い切欠孔のない円周面となり強度が強い。
In the
上記の磁気歯車10aおよび磁気歯車10bでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は内径側と外径側の両側に設けられていてもよい。図示は省略するが、磁石孔の開口部が各ヨークの外側と内側の両方に設けることにより、アウター磁石やインナー磁石を一層大きくすることができる。この場合、磁極部同士を周方向に接続する部材がないので、軸方向端部で各磁極部を接続し固定するとよい。
In the
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be freely changed without departing from the gist of the present invention.
10a,10b,10c 磁気歯車
12 アウター歯車体
14,44,50 インナー歯車
14a,44a,50a インナーヨーク
14b,44b,50b インナー磁石
14c,44c,50c インナー磁石孔
14d,44d,50d 磁極部
14e,44e,26e,42e,48e,50e,50f ブリッジ
14f,26f,44f 開口部
14g,26g,44g 縁
16 センター体
24 ケーシング
26,42,48 アウター歯車
26a,42a,48a, アウターヨーク
26b,42b,48b, アウター磁石
26c,42c,48c, アウター磁石孔
26d,42d,48d, 磁極部
30 センターリング
30a ポールホルダ(非磁性筒体)
30b ポールピース(軟磁性体)
44h 抜止突起
46 コア
10a, 10b, 10c
30b Pole piece (soft magnetic material)
44h Stop
Claims (8)
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
を有し、
前記アウター磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記アウターヨークに埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車。 An inner gear in which a plurality of inner magnets are arranged in the circumferential direction of the inner yoke;
A center ring provided on the outer peripheral side relative to the inner gear so as to be relatively rotatable, and a plurality of soft magnetic bodies arranged in the circumferential direction of the non-magnetic cylindrical body,
An outer gear that is provided on the outer peripheral side relative to the center ring so as to be relatively rotatable, and in which a plurality of outer magnets are arranged in the circumferential direction of the outer yoke;
Have
The magnetic gear, wherein the outer magnet is embedded in the outer yoke such that adjacent poles face each other in the circumferential direction.
前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、
前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to claim 1, wherein
The outer yoke has an outer magnet hole in which the outer magnet is embedded,
The outer gear hole has an opening on at least one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the outer yoke.
前記アウターヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記アウター磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to claim 2,
The outer yoke has a circumferential surface shape in which the inner peripheral surface or the outer peripheral surface where the opening opens is a center of a rotation axis,
The magnetic gear according to claim 1, wherein an edge of one end of the outer magnet coincides with an edge of the opening.
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic gear, wherein the inner magnet is embedded in the inner yoke so that adjacent poles face each other in the circumferential direction.
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、
前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to claim 4, wherein
The inner yoke has an inner magnet hole in which the inner magnet is embedded,
The magnetic gear according to claim 1, wherein the inner magnet hole has an opening on at least one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the inner yoke.
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to claim 5,
The inner yoke has a circumferential surface shape in which the inner peripheral surface or the outer peripheral surface where the opening opens is a center of a rotation axis,
The magnetic gear according to claim 1, wherein an edge of one end of the inner magnet coincides with an edge of the opening.
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
を有し、
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれており、
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、
前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。 An inner gear in which a plurality of inner magnets are arranged in the circumferential direction of the inner yoke;
A center ring provided on the outer peripheral side relative to the inner gear so as to be relatively rotatable, and a plurality of soft magnetic bodies arranged in the circumferential direction of the non-magnetic cylindrical body,
An outer gear that is provided on the outer peripheral side relative to the center ring so as to be relatively rotatable, and in which a plurality of outer magnets are arranged in the circumferential direction of the outer yoke;
Have
The inner magnet is embedded in the inner yoke so that the same poles face each other in the circumferential direction between adjacent magnets,
The inner yoke has an inner magnet hole in which the inner magnet is embedded,
The magnetic gear according to claim 1, wherein the inner magnet hole has an opening on at least one of an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the inner yoke.
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。 The magnetic gear according to claim 7,
The inner yoke has a circumferential surface shape in which the inner peripheral surface or the outer peripheral surface where the opening opens is a center of a rotation axis,
The magnetic gear according to claim 1, wherein an edge of one end of the inner magnet coincides with an edge of the opening.
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