JP2020090997A - 磁気歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気歯車減速機１に関し、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成する。【解決手段】磁気歯車減速機１によれば、入力軸２の回転を第１、第２磁極群６、７の磁気的な噛み合いにより大幅に減速することができるとともに、減速された回転を第１、第２吸引部８、９間の磁気的な吸引を利用して出力軸３に伝えることができる。このため、減速後の回転を機械的な接触によらずに出力軸３に伝達することができるので、磁気歯車減速機において、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成することができる。【選択図】図２

Description

本開示は、機械的な歯車同士の噛み合いを、磁気的な噛み合いを利用するする非接触方式とした磁気歯車減速機に関し、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成する技術に係わる。

従来より、上記の磁気歯車減速機は、歯車同士の機械的な噛み合いによらずに回転を伝達するものであり、歯車同士の直接的な接触による振動・騒音、歯の摩耗等を考慮する必要がない減速機として注目されている。
そして、磁気歯車減速機の様々な態様の中で、例えば、特許文献１の態様は、高い減速比を得ることができるものとして開示されている

すなわち、特許文献１の磁気歯車減速機は、次のような偏心体、第１磁気歯車および第２磁気歯車を備える。ここで、偏心体は、入力軸に設けられており、入力軸の回転に応じて入力軸の軸心の周囲で公転するものである。また、第１磁気歯車は、偏心体が軸方向に嵌まる孔、および、孔の外周側で円状に配置される複数の磁極を有し、孔に嵌まった偏心体の周囲に回転自在であり、偏心体の公転と同期して公転する。

さらに、第２磁気歯車は、第１磁気歯車の磁極と軸方向に所定の隙間を隔てて入力軸の軸心の周囲に円状に配置される複数の磁極を有し、第１磁気歯車の磁極の変位に連動しないようにケーシングに固定されている。また、第２磁気歯車の磁極は、第１磁気歯車の磁極よりも多い。

このような構成により、特許文献１の磁気歯車減速機では、入力軸の回転に連動して偏心体が入力軸の回転と同じ方向に公転すると、第１磁気歯車が偏心体の公転と同期して偏心体と同じ方向に公転する。このとき、第１磁気歯車の磁極と第２磁気歯車の磁極とが非接触で磁気的に噛み合うので、第１磁気歯車は、偏心体と同じ方向に公転しつつ、偏心体の周囲を偏心体の公転と逆の方向に回転する。より具体的には、第１磁気歯車は、偏心体と同じ方向に、一周、公転すると、偏心体の周囲を偏心体の公転と逆の方向に、第２磁気歯車と第１磁気歯車とのＮ極Ｓ極の対数の差分だけ回転する。そして、第１磁気歯車の回転が機械的に取り出されて出力軸に伝わる。

以上により、特許文献１の磁気歯車減速機は、入力軸に入力された回転を、磁気的な噛み合いを利用して伝達しながら大幅に減速して出力軸から出力する。
しかし、特許文献１の磁気歯車減速機によれば、第１磁気歯車の回転を機械的に取り出して出力軸に伝えている。より具体的には、出力軸には、回転の軸心の周囲に複数のキャリアピンが固定され、第１磁気歯車には、キャリアピンよりも径大の孔がキャリアピンと同数設けられており、第１磁気歯車の孔にキャリアピンが嵌まっている。そして、第１磁気歯車が回転しつつ公転すると、第１磁気歯車の回転は、キャリアピンの外周面と孔の内周面との接触を介して出力軸に伝達される。

このため、特許文献１の磁気歯車減速機は、減速後の回転を機械的な接触により出力軸に伝えているので、減速時に振動・騒音や機械的な摩耗が発生しないものの、減速後の回転を出力軸に伝える時に振動・騒音や機械的な摩耗が発生する。
そこで、減速後の回転を出力軸に伝える時にも、振動・騒音や機械的な摩耗を発生させないことが望まれている。

特開２００９−３０６８４号公報

本開示は、機械的な歯車同士の噛み合いを、磁気的な噛み合いを利用するする非接触方式とした磁気歯車減速機に関し、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成することを課題とする。

本開示の磁気歯車減速機は、入力軸に入力された回転を、磁気的な噛み合いを利用して伝達しながら減速して出力軸から出力するものである。また、本開示の磁気歯車減速機は、以下のような第１、第２公転体、第１、第２磁極群、および、第１、第２吸引部を備える。
すなわち、第１公転体は、入力軸に設けられ、入力軸の回転に応じて入力軸の軸心の周囲で公転する。また、第２公転体は、第１公転体が軸方向に嵌まる孔を有し、孔に嵌まった第１公転体の周囲に回転自在であり、第１公転体の公転と同期して公転する。

第１磁極群は、第２公転体に設けられ、孔の外周側で円状に配置される複数の磁極からなる。また、第２磁極群は、第１磁極群の数と異なる数の磁極からなり、第１磁極群と軸方向に所定の隙間を隔てて入力軸の軸心の周囲に円状に配置されるとともに、第１磁極群の変位に連動しないように拘束されて第１磁極群と磁気的に噛み合う。

第１吸引部は、１または複数の磁極、もしくは、磁性部として機能するものであり、出力軸に対して相対的に静止するように設けられている。また、第２吸引部は、第２公転体に設けられ、第１吸引部と軸方向に所定の隙間を隔てて磁気的に吸引し合う。
これにより、本開示の磁気歯車減速機は、潜在的に、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成する、という効果を奏する。

磁気歯車減速機の斜視図である（実施例１）。 磁気歯車減速機の断面図である（実施例１）。 （ａ）は第２公転体の正面図であり、（ｂ）は第２公転体の断面図である（実施例１）。 （ａ）はケーシングの正面図の一部であり、（ｂ）はケーシングの断面図である（実施例１）。 （ａ）は出力軸およびフランジの断面図であり、（ｂ）はフランジの背面図である（実施例１）。 （ａ）は第２公転体の正面図であり、（ｂ）は第２公転体の断面図である（実施例２）。 （ａ）はケーシングの正面図の一部であり、（ｂ）はケーシングの断面図である（実施例２）。

本開示を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の磁気歯車減速機１の構成を図面を用いて説明する。
磁気歯車減速機１は、入力軸２に入力された回転を、磁気的な噛み合いを利用して伝達しながら減速して出力軸３から出力するものであり、入力軸２と出力軸３とが同軸に組み付けられている。

また、磁気歯車減速機１は、以下に詳述する第１、第２公転体４、５、第１、第２磁極群６、７、および、第１、第２吸引部８、９を備え、外郭体１０を構成するケーシング１０Ａ、１０Ｂ内に第１、第２公転体４、５、第１、第２磁極群６、７、および、第１、第２吸引部８、９を収容している。入力軸２、出力軸３は、それぞれ、外郭体１０から軸方向一方側、他方側に突き出ている。

そして、磁気歯車減速機１では、入力軸２に入力された回転を、第１磁極群６と第２磁極群７との磁気的な噛み合いを利用して減速するとともに、第１、第２吸引部８、９間の磁気的な吸引を利用して出力軸３に伝達して出力する。
以下、第１、第２公転体４、５、第１、第２磁極群６、７、および、第１、第２吸引部８、９について、順次、詳述する。

第１公転体４は、入力軸２に設けられ、入力軸２の回転に応じて入力軸２の軸心の周囲で公転する。ここで、入力軸２は、棒状の円柱体であり、第１公転体４は、入力軸２において軸方向中央よりも他方側に設けられている。また、第１公転体４も、円柱体であり、自身の中心軸が入力軸２に平行となるように、入力軸２の回転軸に対し偏心して一体化している。そして、第１公転体４は、第２公転体５との間に組み付けられたベアリング１１Ａを介して第２公転体５に対して回転自在に支持されている。なお、ベアリング１１Ａは、例えば、２個のボールベアリングを軸方向に並べることで設けられている。

また、入力軸２は、第１公転体４の軸方向一方側、他方側でそれぞれベアリング１１Ｂ、１１Ｃを介してケーシング１０Ｂ、フランジ１３に回転自在に支持されている。ここで、ケーシング１０Ｂは、外郭体１０の軸方向一端をなすものであり、入力軸２の軸心を中心軸とする円板である。また、フランジ１３は、出力軸３に軸方向一端側で一体化して出力軸３とともに回転するものであり、出力軸３の軸心を中心軸とする円板である。なお、ベアリング１１Ｂ、１１Ｃは、例えば、それぞれ１個のボールベアリングからなる。

さらに、入力軸２の軸方向一端側の部分は、ケーシング１０Ｂから軸方向一方側に突き出ており、突き出ている部分に、バランサ１４が設けられている。また、ケーシング１０Ｂには、ベアリング１１Ｂの位置を調節するための押しねじ１５が組み付けられている。
なお、入力軸２および第１公転体４は金属製である。

第２公転体５は、第１公転体４が軸方向に嵌まる孔１７を有し、孔１７に嵌まった第１公転体４の周囲に回転自在であり、第１公転体４の公転と同期して公転する。ここで、第２公転体５は、第１公転体４よりも軸方向に短い厚さを有する円板であり、孔１７は、第２公転体５の軸と同軸の円筒として設けられ、孔１７の内周壁と第１公転体４の外周壁との間にベアリング１１Ａが組み付けられている。また、孔１７に嵌まった第１公転体４は、第２公転体５と同軸であり、第１公転体４が孔１７に嵌まった状態において、第１、第２公転体４、５の軸は、入力軸２の軸心に平行であり、入力軸２の軸心に対して偏心している。
なお、第２公転体５は、樹脂等の非磁性材料により設けられている。

第１磁極群６は、第２公転体５に設けられ、孔１７の外周側で円状に配置される複数の磁極からなる。ここで、第１磁極群６は、第２公転体５に組み付けられた複数の永久磁石１８Ａの磁極からなる。また、永久磁石１８Ａは、円筒体であって円筒体の両端の一方にＮ極が形成され、もう一方にＳ極が形成されている。

そして、複数の永久磁石１８Ａは、第２公転体５において、孔１７の外周側で円状に組み付けられ、第２公転体５の軸の周囲に等角度間隔、かつ、軸から等距離の位置に配置されている。 また、それぞれの永久磁石１８Ａは、第２公転体５の軸に平行となるように組み付けられ、さらに、複数の永久磁石１８Ａは、Ｎ極、Ｓ極が第２公転体５の軸方向両側の端面において周方向に交互に現れるように組み付けられている。そして、第２公転体５に組み付けられた永久磁石１８Ａの２つの磁極の内、軸方向一方側の磁極が第１磁極群６の磁極として利用される。

第２磁極群７は、第１磁極群６よりも多い磁極からなり、第１磁極群６と軸方向に所定の隙間を隔てて入力軸２の軸心の周囲に円状に配置されるとともに、第１磁極群６の変位に連動しないように拘束されて第１磁極群６と磁気的に噛み合う。また、第２磁極群７は、第１磁極群６の軸方向一方側に配置される。
より具体的には、第２磁極群７は、ケーシング１０Ｂに組み付けられた複数の永久磁石１８Ｂの磁極からなる。また、永久磁石１８Ｂは、円筒体であって円筒体の両端の一方にＮ極が形成され、もう一方にＳ極が形成されている。

そして、複数の永久磁石１８Ｂは、ケーシング１０Ｂにおいてベアリング１１Ｂの外周側で円状に組み付けられ、入力軸２の軸心の周囲に等角度間隔、かつ、軸から等距離の位置に配置されている。また、それぞれの永久磁石１８Ｂは、入力軸２の軸心に平行となるように組み付けられ、さらに、複数の永久磁石１８Ｂは、Ｎ極、Ｓ極がケーシング１０Ｂの軸方向他方側の端面において周方向に交互に現れるように組み付けられている。そして、ケーシング１０Ｂに組み付けられた永久磁石１８Ｂの２つの磁極の内、軸方向他方側の磁極が第２磁極群７の磁極として利用される。なお、第１、第２磁極群６、７間の軸方向の隙間は、入力軸２の回転により第１、第２公転体４、５が公転しても所定の大きさに保たれる。
なお、ケーシング１０Ｂは、樹脂等の非磁性材料により設けられている。

第１吸引部８は、複数の磁極からなり、出力軸３に対して相対的に静止するように設けられている。
より具体的には、第１吸引部８は、フランジ１３に組み付けられた複数の永久磁石１８Ｃの磁極からなる。ここで、フランジ１３は、外郭体１０内で第１、第２公転体４、５の軸方向他方側に収容されている。また、永久磁石１８Ｃは、円筒体であって円筒体の両端の一方にＮ極が形成され、もう一方にＳ極が形成されている。そして、複数の永久磁石１８Ｃは、フランジ１３においてベアリング１１Ｃの外周側で円状に組み付けられ、入力軸２および出力軸３の軸心の周囲に等角度間隔、かつ、軸心から等距離の位置に配置されている。

また、それぞれの永久磁石１８Ｃは、入力軸２および出力軸３の軸心に平行となるように組み付けられ、さらに、複数の永久磁石１８Ｃは、Ｎ極、Ｓ極がフランジ１３の軸方向一方側の端面において周方向に交互に現れるように組み付けられている。そして、フランジ１３に組み付けられた永久磁石１８Ｃの２つの磁極の内、軸方向一方側の磁極が第１吸引部８の磁極として利用される。さらに、第１吸引部８の磁極の数は、後記する第２吸引部９の磁極の数と同数である。
なお、フランジ１３は、樹脂等の非磁性材料により設けられている。また、出力軸３は金属製である。

また、出力軸３は、フランジ１３の軸方向他方側でベアリング１１Ｄを介してケーシング１０Ａの軸方向他端に設けられたボス部１０Ａａに回転自在に支持されている。ベアリング１１Ｄは、例えば、２個のボールベアリングを軸方向に並べることで設けられている。さらに、出力軸３の軸方向他端側の部分は、ボス部１０Ａａから軸方向他方側に突き出ている。

なお、ケーシング１０Ａは、上記のボス部１０Ａａと、内周側に第１、第２公転体４、５およびフランジ１３を収容する円筒状の本体部１０Ａｂ、および、ボス部１０Ａａの軸方向一端と本体部１０Ａｂの軸方向他端との間を架橋する円板状のフランジ部１０Ａｃとを有する。そして、本体部１０Ａｂの軸方向一端にケーシング１０Ｂがネジ締結されて外郭体１０が構成されている。また、ケーシング１０Ａは、金属製であるが、樹脂等の非磁性材料により設けてもよい。

第２吸引部９は、第２公転体５に設けられ、第１吸引部８と軸方向に所定の隙間を隔てて磁気的に吸引し合う。また、第２吸引部９は、第１磁極群６の磁極と同数の磁極からなる。さらに、第１吸引部８は、第２吸引部９の軸方向他方側に配置される。
より具体的には、永久磁石１８Ａの２つの磁極の内、軸方向他方側の磁極が第２吸引部９の磁極として利用される。なお、第１、第２吸引部８、９間の軸方向の隙間は、第２公転体５が公転しても、また、出力軸３が回転しても所定の大きさに保たれる。

このような構成により、磁気歯車減速機１では、入力軸２の回転に連動して第１公転体４が入力軸２の回転と同じ方向に公転すると、第２公転体５が第１公転体４の公転と同期して第１公転体４と同じ方向に公転する。このとき、第２公転体５に存在する第１磁極群６とケーシング１０Ｂに存在する第２磁極群７とが非接触で磁気的に噛み合うので、第２公転体５は、第１公転体４と同じ方向に公転しつつ、第１公転体４の周囲を第１公転体４の公転と逆の方向に回転する。

より具体的には、第２公転体５は、第１公転体４と同じ方向に、一周、公転すると、第１公転体４の周囲を第１公転体４の公転と逆の方向に、第２磁極群７と第１磁極群６とのＮ極Ｓ極の対数の差分だけ回転する。つまり、第２公転体５の回転は、入力軸２の回転に対して、大きさが（第２磁極群７と第１磁極群６とのＮ極Ｓ極の対数の差分）／（第１磁極群６のＮ極Ｓ極の対数）の比で減速されたものとなり、かつ、回転の方向が逆の方向となる。

そして、この減速された第２公転体５の回転が、第１、第２吸引部８、９間の磁気的な吸引により出力軸３に伝達される。
すなわち、第２吸引部９のそれぞれの磁極は、第１吸引部８の特定の磁極と対をなして吸引し合う。このため、第２公転体５が公転しつつ、公転と逆の方向に回転すると、それぞれの対において、第２吸引部９の側の磁極は、軸方向から視たときの第１吸引部８の側の磁極との重なり方を変えつつ、第１吸引部８の側の磁極を第２公転体５の公転とは逆の方向に周方向に駆動する。この結果、出力軸３は、第２公転体５の公転と逆の方向に、つまり、入力軸２の回転の方向とは逆の方向に上記減速比に基づいて減速された回転数で回転する。

〔実施例１の効果〕
実施例１の磁気歯車減速機１は、以下のような第１、第２公転体４、５、第１、第２磁極群６、７、および、第１、第２吸引部８、９を備える。
すなわち、第１公転体４は、入力軸２に設けられ、入力軸２の回転に応じて入力軸２の軸心の周囲で公転する。また、第２公転体５は、第１公転体４が軸方向に嵌まる孔１７を有し、孔１７に嵌まった第１公転体４の周囲に回転自在であり、第１公転体４の公転と同期して公転する。

第１磁極群６は、第２公転体５に設けられ、孔１７の外周側で円状に配置される複数の磁極からなる。また、第２磁極群７は、第１磁極群６よりも多い磁極からなり、第１磁極群６と軸方向に所定の隙間を隔てて入力軸２の軸心の周囲に円状に配置されるとともに、第１磁極群６の変位に連動しないように拘束されて第１磁極群６と磁気的に噛み合う。

第１吸引部８は、複数の磁極からなり、出力軸３に対して相対的に静止するように設けられている。また、第２吸引部９は、第２公転体５に設けられ、第１吸引部８と軸方向に所定の隙間を隔てて磁気的に吸引し合う。
これにより、入力軸２の回転を第１、第２磁極群６、７の磁気的な噛み合いにより大幅に減速することができるとともに、減速された回転を第１、第２吸引部８、９間の磁気的な吸引を利用して出力軸３に伝えることができる。このため、減速後の回転を機械的な接触によらずに出力軸３に伝達することができるので、磁気歯車減速機において、機械的な接触構造を削減して更なる耐久性向上や静音性向上を達成することができる。

また、磁気歯車減速機１では、軸方向一方側、他方側に配置した永久磁石１８Ａの２つの磁極の内、軸方向一方側の磁極が第１磁極群６の磁極として利用され、軸方向他方側の磁極が第２吸引部９の磁極として利用されている。そして、第１磁極群６の磁極と第２吸引部９の磁極とは同数である。
これにより、第１磁極群６と第２吸引部９とを個別の磁石で設けることに伴う煩雑さを回避することができる。
さらに、第１吸引部８の磁極と第２吸引部９の磁極とを同数にすることで、磁束を効率的に利用して吸引力を高めることができる。

〔実施例２〕
実施例２の磁気歯車減速機１によれば、図６および図７に示すように、第２磁極群７は、第１磁極群６よりも少ない磁極からなる。
これにより、実施例２の磁気歯車減速機１では、第２公転体５は、第１公転体４と同じ方向に公転しつつ、第１公転体４の周囲を第１公転体４の公転と同じ方向に回転する。

より具体的には、第２公転体５は、第１公転体４と同じ方向に、一周、公転すると、第１公転体４の周囲を第１公転体４の公転と同じ方向に、第１磁極群６と第２磁極群７とのＮ極Ｓ極の対数の差分だけ回転する。つまり、第２公転体５の回転は、入力軸２の回転に対して、大きさが（第１磁極群６と第２磁極群７とのＮ極Ｓ極の対数の差分）／（第１磁極群６のＮ極Ｓ極の対数）の比で減速されたものとなり、かつ、回転の方向が同じ方向となる。このため、出力軸３は、入力軸２の回転の方向と同じ方向に上記減速比に基づいて減速された回転数で回転する。

〔変形例〕
本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例の磁気歯車減速機１によれば、第１、第２吸引部８、９の磁極は両方とも永久磁石の磁極であったが、いずれか一方の磁極を磁性部により設けてもよい。
また、実施例の磁気歯車減速機１によれば、第１、第２吸引部８、９の磁極は同数であったが、いずれか一方を他方よりも少なくしてもよい。
さらに、実施例の永久磁石１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、いずれも円筒体であって円筒体の両端の一方にＮ極が形成され、もう一方にＳ極が形成されているものであったが、永久磁石１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの態様は、このような態様に限定されない。

１ 磁気歯車減速機 ２ 入力軸 ３ 出力軸 ４ 第１公転体 ５ 第２公転体 ６ 第１磁極群 ７ 第２磁極群 ８ 第１吸引部 ９ 第２吸引部 １７ 孔

Claims (3)

1. 入力軸（２）に入力された回転を、磁気的な噛み合いを利用して伝達しながら減速して出力軸（３）から出力する磁気歯車減速機（１）において、
   前記入力軸に設けられ、前記入力軸の回転に応じて前記入力軸の軸心の周囲で公転する第１公転体（４）と、
   この第１公転体が軸方向に嵌まる孔（１７）を有し、この孔に嵌まった前記第１公転体の周囲に回転自在であり、前記第１公転体の公転と同期して公転する第２公転体（５）と、
   この第２公転体に設けられ、前記孔の外周側で円状に配置される複数の磁極からなる第１磁極群（６）と、
   この第１磁極群の数と異なる数の磁極からなり、前記第１磁極群と軸方向に所定の隙間を隔てて前記入力軸の軸心の周囲に円状に配置されるとともに、前記第１磁極群の変位に連動しないように拘束されて前記第１磁極群と磁気的に噛み合う第２磁極群（７）と、
   １または複数の磁極、もしくは、磁性部として機能するものであり、前記出力軸に対して相対的に静止するように設けられた第１吸引部（８）と、
   前記第２公転体に設けられ、前記第１吸引部と軸方向に所定の隙間を隔てて磁気的に吸引し合う第２吸引部（９）とを備える磁気歯車減速機。
2. 請求項１に記載の磁気歯車減速機において、
   前記第２吸引部は、前記第１磁極群の磁極と同数の磁極からなり、軸方向一方側、他方側に配置した永久磁石の２つの磁極の内、軸方向一方側の磁極が前記第１磁極群の磁極として利用され、軸方向他方側の磁極が前記第２吸引部の磁極として利用され、
   前記第２磁極群は、前記第１磁極群の軸方向一方側に配置され、前記第１吸引部は、前記第２吸引部の軸方向他方側に配置されることを特徴とする磁気歯車減速機。
3. 請求項２に記載の磁気歯車減速機において、
   前記第１吸引部は、前記第２吸引部の磁極と同数の磁極からなることを特徴とする磁気歯車減速機。

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