JP2021125981A

JP2021125981A - 磁極片部材及び磁気変調ギヤ装置

Info

Publication number: JP2021125981A
Application number: JP2020018479A
Authority: JP
Inventors: 泰三山本; Taizo Yamamoto; 貴浩三成; Takahiro Mitsunari
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-08-30

Abstract

【課題】好適に製作でき、磁極片間の漏れ磁束を抑制できるようにする。【解決手段】ステータ（３０）は、磁気変調ギヤ装置（１）に用いられ、複数の磁極片（３１）を有する。複数の磁極片（３１）は、中心軸（Ａｘ）回りの周方向に所定間隔で配置され、隣り合う２つの磁極片（３１）が、内径側及び外径側のいずれか一方の端部を連結部（３２）で連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁極片部材及び磁気変調ギヤ装置に関する。

従来、内外周に配置された２つの磁石ロータの間に、複数の磁極片を有する磁極片部材（ステータ）を配置し、２つの磁石ロータ間での磁束分布を変調させる磁気変調ギヤ装置が知られている。この磁気変調ギヤ装置では、トルク伝達に利用する磁極対向面積が大きいことから、大きな伝達トルクが得られる。

磁極片部材では、周方向に配置された複数の磁極片の間が磁気的に絶縁されていることが望ましい。また、磁極片部材は回転トルクを受けるため、複数の磁極片が強固に保持されている必要がある。

そこで、特許文献１に記載の技術では、周方向に隣接する２つの磁極片の間を樹脂等の非磁性体で一体的にモールド化している。
また、特許文献２に記載の技術では、隣接する２つの磁極片の間を内径側と外径側の両端部で連結している。

特許第６２１３５７３号公報特開２０１７−１７９８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の磁極片を精度よく円周状配置とすることが難しく、真円度や２つの磁石ロータとの同芯度を向上させることが困難である。
また、特許文献２に記載の技術では、各磁極片間を連結する２箇所の連結部が磁性体であるため、この２箇所の連結部から磁束が漏洩して伝達トルクが減少するといった問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、好適に製作でき、磁極片間の漏れ磁束を抑制できる磁極片部材及び磁気変調ギヤ装置を提供することを目的とする。

本発明は、磁気変調ギヤ装置に用いられ、複数の磁極片を有する磁極片部材であって、
前記複数の磁極片は、
中心軸回りの周方向に所定間隔で配置され、
隣り合う２つの磁極片が、内径側及び外径側のいずれか一方の端部を連結部で連結されている構成とした。

また、本発明は、磁気変調ギヤ装置であって、
上記の磁極片部材と、
前記磁極片部材の内径側に配置され、複数の内極磁石を有する内側回転子と、
前記磁極片部材の外径側に配置され、前記内極磁石よりも多い複数の外極磁石を有する外側回転子と、
を備える構成とした。

本発明によれば、好適に製作でき、磁極片間の漏れ磁束を抑制できる磁極片部材及び磁気変調ギヤ装置を提供することができる。

実施形態に係る磁気変調ギヤ装置の（ａ）斜視図、（ｂ）部分平面図である。実施形態に係るステータにおける連結部の周方向の配置例を説明するための平面図である。実施形態に係るステータにおける連結部の軸方向の配置例を説明するための側面図である。伝達トルクに及ぼす連結部の影響を調べた解析の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［磁気変調ギヤ装置の構成］
図１は、本実施形態に係る磁気変調ギヤ装置１を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が部分平面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気変調ギヤ装置１は、内側ロータ（内側回転子）１０と、外側ロータ（外側回転子）２０と、ステータ（固定子）３０とを備える。

このうち、内側ロータ１０は、円柱軸状に形成され、軸部１１と、ヨーク部１２と、複数の内極磁石１３とを備える。ヨーク部１２は、軸部１１の外径側に配置される。複数の内極磁石１３は、極性の異なるものが周方向に交互に配置されるように、ヨーク部１２の外周面に貼り付けられている。
なお、本明細書では、円柱状の内側ロータ１０の中心軸Ａｘに沿った方向を「軸方向」、中心軸Ａｘに垂直な方向を「径方向」、中心軸Ａｘを中心とする回転方向を「周方向」という。また、外側ロータ２０及びステータ３０の各中心軸は内側ロータ１０の中心軸Ａｘと一致する。

外側ロータ２０は、内側ロータ１０の外径側に同心状に配置され、ヨーク部２１と複数の外極磁石２２とを備える。ヨーク部２１は円筒状に形成されている。複数の外極磁石２２は、内極磁石１３よりも多い極数を有し、極性の異なるものが周方向に交互に配置されるように、ヨーク部２１の内周面に貼り付けられている。

ステータ３０は、円筒状に形成され、内側ロータ１０の内極磁石１３と外側ロータ２０の外極磁石２２との径方向の間に同心状に配置されている。ステータ３０は、薄い電磁鋼板を軸方向に積層した一体の積層鋼板から構成される。
このステータ３０は、本発明に係る磁極片部材の一例であり、複数の磁極片（ポールピース）３１を有する。磁極片３１の数は、外極極対数（外極磁石２２の極対数）±内極極対数（内極磁石１３の極対数）であり、一般的には外極極対数＋内極極対数である。

複数の磁極片３１は、図１（ｂ）に示すように、周方向に所定間隔で配置されるとともに、隣り合う２つの磁極片３１の間が全周に亘って連結部３２で連結されている。
複数の磁極片３１を周方向に連結する複数の連結部３２は、隣り合う２つの磁極片３１を内径側の端部で連結する内側連結部３２ａと、外径側の端部で連結する外側連結部３２ｂとを含む。本実施形態では、内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが周方向に交互に配置されている。

なお、複数の磁極片３１は、周方向に隣り合う２つの磁極片３１が、内径側及び外径側のいずれか一方の端部を連結部３２で連結されていればよい。
したがって、図２（ａ）に示すように、全ての磁極片３１の間が内径側の端部を内側連結部３２ａで連結されていてもよいし、図２（ｂ）に示すように、全ての磁極片３１の間が外径側の端部を外側連結部３２ｂで連結されていてもよい。
また、複数の連結部３２は、内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが周方向に交互に配置された部分を含んでいればよい。つまり、図２（ｃ）に示すように、内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが全周に亘って周方向に交互に配置されていてもよいし、図２（ｄ）に示すように、内側連結部３２ａ（又は外側連結部３２ｂ）が周方向に連続した部分を含んでいてもよい。前者は磁極片数が偶数であり、後者は磁極片数が奇数の場合を含む。

また、複数の磁極片３１は、軸方向の全長に亘って周方向の位置が一致している。
ただし、複数の磁極片３１を連結する複数の連結部３２は、軸方向で、内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが所定枚数の電磁鋼板毎に入れ替わっていてもよい。具体的には、例えば、図３（ａ）に示すように、１枚の電磁鋼板毎に内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが軸方向に入れ替わっていてもよいし、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、軸方向に２分割又は３分割して内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが軸方向に入れ替わっていてもよい。なお、図３において、ステータ３０の外周面に露出した□は、内側連結部３２ａの周方向位置に形成される外径開口部３３である。
このように構成する場合、連結部３２を残して複数の磁極片３１間を打ち抜いた後に、電磁鋼板を所定枚数毎に回転させたり表裏反転させたりして内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂの周方向の位置を入れ替えて積層すればよい。

以上の構成を具備する磁気変調ギヤ装置１では、内側ロータ１０に回転が入力されると、内側ロータ１０の内極磁石１３の空間磁束波形が、ステータ３０の磁極片３１によって外側ロータ２０の外極磁石２２と同周波数に変調され、磁極片３１−外極磁石２２間の磁力を用いて外側ロータ２０にトルクが伝達される。この時、減速比は外極極対数／内極極対数となる。

［解析例］
続いて、伝達トルクに及ぼす連結部３２の影響について、解析例を挙げて説明する。
本解析では、内側ロータ１０から外側ロータ２０に伝達される伝達トルクが、磁極片３１間の連結部３２の有無や位置によってどのように変化するかを調べた。
解析した磁極片３１間の形状は、本実施形態のもの（実施例１：内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂが交互に配置）のほか、連結部３２無し（比較例１）、全て内側連結部３２ａ（実施例２）、全て外側連結部３２ｂ（実施例３）、内外周とも連結（比較例２）とした。

図４に解析結果を示す。この図では、縦軸の伝達トルクを、比較例１（連結部３２なし）の値を基準とした比率（p.u.：per unit）で示している。
図４に示すように、全て内側連結部３２ａとして外径側を開口させた実施例２が、磁極片３１間の漏れ磁束が発生しない比較例１（連結部なし）からの伝達トルクの減少が最も少ない。実施例１（内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂが交互）は、その次に伝達トルクの減少が少ない。全て外側連結部３２ｂとして内径側を開口させた実施例３はさらにその次に伝達トルクの減少が少なく、内外周とも連結した比較例２は最も伝達トルクが減少した。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態のステータ（磁極片部材）３０によれば、複数の磁極片３１は、中心軸Ａｘ回りの周方向に所定間隔で配置され、隣り合う２つの磁極片３１が内径側及び外径側のいずれか一方の端部を連結部３２で連結されている。
したがって、隣り合う２つの磁極片３１が連結部３２で連結されているため、磁極片間を非磁性体で一体化していた従来の磁極片部材に比べ、複数の磁極片３１を好適に円周状に配置でき、ステータ３０を好適に製作できる。また、隣り合う２つの磁極片３１が内径側及び外径側のいずれか一方の端部のみで連結されているため、磁極片間を内径側と外径側の両端部で連結していた従来の磁極片部材に比べ、磁極片３１間の漏れ磁束を抑制できる。

また、本実施形態によれば、複数の連結部３２は、隣り合う２つの磁極片３１を内径側の端部で連結する内側連結部３２ａと、外径側の端部で連結する外側連結部３２ｂとが、周方向に交互に配置された部分を含む。
これにより、内側連結部３２ａのみ又は外側連結部３２ｂのみで連結されたものに比べ、ステータ３０の強度（剛性）を高めることができる。ひいては、ステータ３０の強度（剛性）に起因する振動や騒音を抑制できる。

また、本実施形態によれば、複数の連結部３２は、軸方向で、内側連結部３２ａと外側連結部３２ｂとが所定枚数の電磁鋼板毎に入れ替わっている。
これにより、ステータ３０の強度（剛性）をより高めることができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、磁極片部材をステータ（固定子）とし、外側ロータから回転出力を取り出すこととしたが、外側ロータを固定子とし、磁極片部材を低速ロータとして、当該磁極片部材から回転出力を取り出してもよい。この場合の減速比は、磁極片数／内極極対数となる。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１磁気変調ギヤ装置
１０内側ロータ（内側回転子）
１３内極磁石
２０外側ロータ（外側回転子）
２２外極磁石
３０ステータ（磁極片部材）
３１磁極片
３２連結部
３２ａ内側連結部
３２ｂ外側連結部
３３外径開口部
Ａｘ中心軸

Claims

磁気変調ギヤ装置に用いられ、複数の磁極片を有する磁極片部材であって、
前記複数の磁極片は、
中心軸回りの周方向に所定間隔で配置され、
隣り合う２つの磁極片が、内径側及び外径側のいずれか一方の端部を連結部で連結されている、
磁極片部材。
前記複数の磁極片は、隣り合う２つの磁極片が内径側の端部を内側連結部で連結されている、
請求項１に記載の磁極片部材。
前記複数の磁極片は、隣り合う２つの磁極片が外径側の端部を外側連結部で連結されている、
請求項１に記載の磁極片部材。
前記複数の磁極片を連結する複数の前記連結部は、隣り合う２つの磁極片を内径側の端部で連結する内側連結部と、外径側の端部で連結する外側連結部とが、周方向に交互に配置された部分を含む、
請求項１に記載の磁極片部材。
前記中心軸に沿った軸方向に薄板を積層して構成され、
前記複数の磁極片は、周方向の位置が軸方向で一致しており、
前記複数の連結部は、軸方向で、前記内側連結部と前記外側連結部とが所定枚数の前記薄板毎に入れ替わっている、
請求項４に記載の磁極片部材。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁極片部材と、
前記磁極片部材の内径側に配置され、複数の内極磁石を有する内側回転子と、
前記磁極片部材の外径側に配置され、前記内極磁石よりも多い複数の外極磁石を有する外側回転子と、
を備える磁気変調ギヤ装置。