JP3942101B2 - 磁気歯車 - Google Patents

Description

本発明は磁気の無騒音、無塵、無給油を特徴とし、駆動側、被駆動側の各歯車に配設した磁石の磁気吸引または、反発にてトルク伝達する磁気歯車装置に関するものである。

従来から知られている歯車の伝達システムの技術としては、（１）機械的な接触を伴う歯車による伝達方式の構造のもの、（２）学術段階ではあるが磁気力を利用して動力伝達を行う磁気歯車の構造などがあった。

特公平０６−５２０９６号公報 特開平０３−２８５５５６号公報

上記従来例の（特公平６−５２０９６）では、磁気の反発のみで、空隙を確保した構造のため、急激な負荷変動時には磁気歯と歯面が接触の危険性が残り、又伝達トルクの脈動などの構造的な欠陥が内在した構造となっている。又、これを改善する方法として磁気歯車の段数を３段、４段と増やしていくことも提案されているが、これでは狙いとした製造加工上に困難が生じ、構造も複雑になり、ひいては製品価格に大きく影響を与える結果となっている。一方の提案（特開平０３−２８５５５６）では、伝達トルクが弱いという課題がまだ解決途上である。

上記課題の解決のため本発明では、上記（特開平０３−２８５５５６）の磁気歯車に対し以下の提案するものである。 伝達トルクアップの対策として磁気歯車の隣り合う磁気歯間の隙間、及び大小二つの磁気歯車の中心距離を各々伝達トルクが最大になるよう設定することにより解決せんとするものである。

従来の磁気歯車に対して特別な部品の追加や、又特殊な加工を施すことなく、後述する実施例１では約４０％の伝達トルク向上が図られ、さらに実施例１に実施例２を施すことにより併せて約７５％以上の伝達トルク向上が可能となる等、極めて磁気歯車の性能改善に大きな効果をもたらす。

以下本発明の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）及び、（ｂ）は本発明に係る第一の実施例に基づく磁気歯車の動作原理図及び、（ａ）のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。図１において、一対の磁気歯車１、磁気歯車２は磁性体（例えば軟鉄材）からなる磁性盤１１、２１と、該盤の中心部に圧入等の手段で磁性盤面に垂直に圧入などで固定された歯車軸１３，２３、及び該盤の外周部に、磁化された永久磁石が接着剤等の適宜
手段にて着設された磁気歯１２・・・、２２・・・から構成されている。尚、この磁気歯は隣り合う磁気歯の極性が交互になるよう配置されている。さらに該磁気歯車１、磁気歯車２は、フレーム１５、２５に圧入された軸受１４、２４に、回転可能でかつ該磁気歯車１、２間を所定の空隙Ｇを保ちつつ、かつ平行に例えば圧入などの手段にて固着されている。ここで前記磁気歯１２・・・、２２・・・は、例えば４０ＭＧＯｅの高エネルギー積を有する希土類材をもちいている。さらに該磁気歯の形状は、磁気的噛み合いが強くなるよう放射状曲線（例えばインボリュート曲線）としている

次に、該磁気歯車１、２の伝達原理を説明する。以上の構成において、磁気歯車２を原動車として図１（ａ）に示す実線矢印イ方向（半時計方向）に回転させると、二つの磁気歯車１、２の磁気歯１２・・、２２・・・の噛み合い領域における軸方向空隙に形成された磁束の磁気力が図1に示す点線矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ方向に作用して、磁気歯車１は従動車となって、実線矢印ロ方向（半時計方向）に追従して回転し、二つの磁気歯車1、２間に非接触で設定された歯数比に応じてトルク伝達される。一方、磁気歯車１を原動車として同様に回転させると磁気歯車２は従動車となって同方向に追従して回転し、設定された歯数に応じてトルク伝達される。尚、二つの磁気歯車１、２はこれをそれぞれ原動車として時計方向に回転させることも可能であり、この場合には従動車は時計方向に回転する。以上説明したように、対向する磁気歯の磁気の吸引及び、反発により、即ち磁気的噛み合いにより、駆動側より被駆動側へと設定した所要の歯数比でトルク伝達する構成となっている。

以上、本磁気歯車の構成及び、動作原理を説明したが、次に本発明の伝達トルクを強くした磁気歯車の一実施例を説明する。図１（ａ）において、前記磁気歯車１、及び磁気歯車２の磁気歯内周側の幅ｗ1、ｗ２、隣り合う磁気歯間の隙間ｇ１、ｇ２とし、そのｇ、ｗの関係を変化させて伝達トルク特性を実測した。図２にその結果を示す。

図２は、磁気歯１２及び２２のg/ｗ（ｇ＝ｇ１＝ｇ２，ｗ＝ｗ１＝ｗ２）比を変化させた場合の各々の最大回転トルクＦｘの測定結果で、横軸にｇ/ｗ比を、縦軸に最大回転トルクＦｘをとりグラフ化したものである。図から伝達トルクが最大となる磁気歯の幅ｗとその隙間ｇはｇ/ｗが０．５の場合であり、それは隙間がない場合、及び磁気歯ｗと隙間が同じ場合に比べて約１．４倍の磁気力を示している。

図３は上記の磁気歯車の伝達トルクをさらに高めるための本発明に係る第２の実施例を説明するための動作原理図である。図３は、図１に対して磁気歯車１、と２の対向する磁気歯面の平行度、及び空隙Ｇは変えないで、対向する磁気歯を平行にずらしたものである。図３においてｔ１、ｔ２は磁気歯の軸方向長さ（ここではｔ１＝ｔ２とする）を表し、ｘ＝０は該一対の磁気歯車１、２の完全内接状態（図１（ａ）の状態を表す）でオフセット量は０である。このオフセット量ｘを０から２０ｍｍまで変化させて伝達トルク特性を測定した結果を図４に示す。図４は、該２つの磁気歯車１、２の中心間距離のオフセット量をパラメータにして、磁気歯車２の回転速度Ｎｔと伝達トルクＴの関係をグラフにしたものである。尚、対向する二つの磁気歯車１，２の磁気歯１２，２２表面間空隙は２ｍｍ、磁気歯長ｔ１＝ｔ２を４０ｍｍ、磁気歯の厚さは各々４ｍｍとして測定した。又、磁気歯車２の回転速度は１００ｒｐｍ〜１４００ｒｐｍまでを１００ｒｐｍ間隔で変化させて測定した。その結果、最も伝達トルクが大きく得られるオフセット量は、磁気歯車２を外側に１０ｍｍオフセットさせた場合であることが明らかになった。これをオフセット率（ｘ／ｔ）で表すと１０／４０＝０．２５となる。又、グラフから分かるようにオフセット率０．１２５〜０．３７５内では伝達トルクピーク値に対し１０％以内の低下で伝達可能となり、これはオフセット率０％の設定時に比べて２５％以上の伝達トルク向上となる。

本発明の第一の実施例による磁気歯車の動作説明図、及びＡ−Ａ'断面図 本発明の第一の実施例の根拠を証明する回転トルク特性図 本発明の第二の実施例による磁気歯車の動作説明図及び、Ａ−Ａ'断面図 本発明の第二の実施例の根拠を証明する伝達トルク特性図

符号の説明

１ 磁気歯車２ 磁気歯車１１ 磁性盤２１ 磁性盤１２ 磁気歯２２ 磁気歯１３ 歯車軸２３ 歯車軸１４ 軸受２４ 軸受１５ フレーム２５ フレーム

Claims (2)

1. 所定の空隙を保ち、対向させた駆動側と被駆動側の各回転円盤の外周部に、放射状曲線形 状の永久磁石からなる磁気歯をＮ極、Ｓ極と交互に異極配列して着設し、該磁気歯の磁気の吸引及び、反発にてトルクを伝達する磁気歯車において、駆動側及び被駆動側共、前記磁気歯の隣り合う磁気歯間の隙間を該隣り合う磁気歯幅に対して０．４〜０．６倍としたことを特徴とする磁気歯車。
2. 所定の空隙を保ち、対向させた駆動側と被駆動側の各回転円盤の外周部に、放射状曲線形状の永久磁石からなる磁気歯をＮ極、Ｓ極と交互に異極配列して着設し、該磁気歯の磁気の吸引及び、反発にてトルクを伝達する磁気歯車において、駆動側と被駆動側が、大小二つの磁気歯車からなり、各々磁気歯車の外周部に設けられた磁気歯が存在する部位が正対した状態から、小磁気歯車の軸心を、Ｎ極、Ｓ極の磁気歯が交互に着接された小磁気歯車の部位の半径方向の長さに対して１２．５〜３５％の距離だけ外側にずらしたことを特徴とする磁気歯車。

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