JP5137915B2 - 磁気ギヤおよびそれを搭載した車両 - Google Patents
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Description
また、従来の電気機器がモータやエンジンの出力を変速する用途に適用される場合、モータやエンジンの出力軸と内ローラのスピンドルとを同軸接続する必要があり、高精度のアライメント調整が必要となる。また、モータやエンジンの出力軸と内ローラのスピンドルとをカップリングを介して接続することによりこの高精度のアライメント調整を不要とすることができるが、大型化という新たな不具合をもたらす。
図1はこの発明の実施の形態1に係る磁気ギヤの構成を説明する縦断面図、図2は図1のII−II矢視断面図、図3はこの発明の実施の形態1に係る磁気ギヤの構成を模式的に示す斜視図である。
まず、図2に示されるように、インナーロータ8は8極の磁界を発生する。
H1=A・sin(4θ+4ω1t) (1)
なお、Aは磁石磁場の強度で決まる係数、θは空間の角度、ω1はインナーロータ8の回転角速度である。
鉄心層16のパーミアンスPは、式(2)で表される。
P=B・sin(26θ) (2)
なお、Bは鉄心層16と第1永久磁石10との空隙で決まる係数、θは空間の角度である。
B1=H1・P=−(AB/2){cos(30θ+4ω1t)−(cos(22θ−4ω1t)} (3)
インナーロータ8は、式(3)に示されるように、正相(インナーロータ8の回転方向)の30極対成分と逆相(インナーロータ8の逆回転方向)の22極対成分との磁界を発生する。
H2=C・sin(22θ−22ω2t) (4)
なお、Cは磁石磁場の強度で決まる係数、θは空間の角度、ω2はアウターロータ11の回転角速度である。
ここで、インナーロータ8とアウターロータ11との同期条件、ω2=(4/22)ω1から、式(4)は式(5)となる。
H2=C・sin(22θ−4ω1t) (5)
B2=H2・P=−(BC/2){cos(48θ−4ω1t)−(cos(−40θ+4ω1t)} (6)
式(6)に示されるように、アウターロータ11は4極対成分の磁界を発生し、回転角速度がインナーロータ8と同一方向であるので、同期条件が成立し、動力が伝達される。
そこで、外部動力源と入力軸6との同軸度誤差を吸収する為のカップリング、出力軸7と出力軸7に接続される負荷との同軸度誤差を吸収するためのカップリング、さらには第1軸受3と第2軸受5とのアライメント調整を不要にできる。また、同軸度誤差に起因する第1軸受3と第2軸受5への過大な負荷をなくすことができ、効率の高い磁気ギヤを得ることができる。
また、上記実施の形態1では、第1ハウジングがステンレスなどの非磁性体で作製されているものとしているが、鉄心層が非磁性体を介して磁気的に絶縁されて第1ハウジングに取り付けられていれば、第1ハウジングを磁性体で作製してもよい。
図4はこの発明の実施の形態2に係る磁気ギヤの構成を説明する縦断面図、図5は図4のV−V矢視断面図、図6は図4のVI−VI矢視断面図、図7はこの発明の実施の形態2に係る磁気ギヤを適用したハイブリッドカーを模式的に示すシステム構成図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
そして、ディスク22の他側に構成される磁気ギヤ部30は、基本的に実施の形態1における磁気ギヤ1と同等に構成されており、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
図8はこの発明の実施の形態3に係る磁気ギヤの構成を説明する縦断面図、図9は図8のIX−IX矢視断面図、図10は図8のX−X矢視断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
そして、支持体36の軸方向他側に構成される磁気ギヤ部30Aは、基本的に実施の形態1における磁気ギヤ1と同等に構成されており、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
したがって、この実施の形態3においても、上記実施の形態2と同様の効果が得られる。
図11はこの発明の実施の形態4に係る磁気ギヤの構成を説明する縦断面図、図12は図11のXII−XII矢視断面図、図13は図11のXIII−XIII矢視断面図である。
鉄心層48は、周方向に互いに空間19を開けて、かつ等角ピッチで環状に配列された26本の磁性体コア17をFRPなどに非磁性連結体54により一体化して作製された円筒体に構成されている。そして、鉄心層48は、非磁性スペーサ41を介して取付ねじ28により固定子鉄心46とともに第2ハウジング2に共締めされて第1軸受3と同軸に配設され、隙間15内に挿入されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
そして、支持体43の軸方向一側に構成される磁気ギヤ部30Bは、基本的に実施の形態1における磁気ギヤ1と同等に構成されており、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
したがって、この実施の形態4においても、上記実施の形態2と同様の効果が得られる。
図14はこの発明の実施の形態5に係る磁気ギヤの構成を説明する縦断面図、図15は図14のXV−XV矢視断面図である。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
そして、支持体12の内径側に構成される磁気ギヤ部30Cは、基本的に実施の形態1における磁気ギヤ1と同等に構成されており、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
したがって、この実施の形態5においても、上記実施の形態2と同様の効果が得られる。
図16はこの発明の実施の形態6に係る磁気ギヤの動作を説明する図であり、図16の(a)は磁気結合状態を示し、図16の(b)は磁気結合解除状態を示している。
図16において、クラッチ機構55は、支点56周りに回動可能に配設された作動レバー57と、作動レバー57を磁気結合位置に位置させるように作動レバー57の一端を付勢するばね58と、磁気結合位置に位置する作動レバー57の他端側に当接するように出力軸7に突設された出力軸リング59と、を備えている。
まず、ばね58の付勢力F1が、作動レバー57の一端に作用し、作動レバー57が支点56周りに図16の(a)中時計回りに回動し、ストッパ(図示せず)に当接して停止する。このとき、出力軸7が第2永久磁石13と鉄心層16の磁性体コア17との間の磁気吸引力F2によりアウターロータ11とともに図16の(a)中左方向(軸方向他側)に移動し、出力軸リング59が作動レバー57の他端側に当接して停止する。これにより、図16の(a)に示されるように、アウターロータ11の支持体12がインナーロータ8の支持体9を囲繞し、第1永久磁石10と第2永久磁石13とが鉄心層16を介して対向する磁気結合状態となる。そこで、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
図17はこの発明の実施の形態7に係る磁気ギヤの動作を説明する図であり、図17の(a)は磁気結合状態を示し、図17の(b)は磁気結合解除状態を示している。
まず、ばね58の付勢力F1が、作動レバー57の一端に作用し、作動レバー57が支点56周りに図16の(a)中時計回りに回動し、ストッパ(図示せず)に当接して停止する。このとき、出力軸7が第2永久磁石13と鉄心層16の磁性体コア17との間の磁気吸引力F2によりアウターロータ11とともに図17の(a)中左方向(軸方向他側)に移動し、出力軸リング59が作動レバー57の他端側に当接して停止する。これにより、図17の(a)に示されるように、アウターロータ11の支持体12がインナーロータ42の支持体43の軸方向一側を囲繞し、第1永久磁石44と第2永久磁石13とが鉄心層16を介して対向する磁気結合状態となる。そこで、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
図18はこの発明の実施の形態8に係る磁気ギヤの構成を説明する斜視図である。
クラッチ機構55Aは、支点56周りに回動可能に配設された作動レバー57と、作動レバー57を磁気結合位置に位置させるように作動レバー57の一端を付勢するばね58と、磁気結合位置に位置する作動レバー57の他端側に当接するように鉄心層16の他端から径方向外方に延設されたフランジ60と、を備えている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
まず、ばね58の付勢力が、作動レバー57の一端に作用し、作動レバー57が支点56周りに図18中反時計回りに回動し、ストッパ(図示せず)に当接して停止する。このとき、鉄心層16が第1永久磁石10および第2永久磁石13と磁性体コア17との間の磁気吸引力により軸方向一端側に移動し、フランジ60が作動レバー57の他端側に当接して停止する。これにより、磁性体コア17が第1永久磁石10と第2永久磁石13との間の隙間15に挿入され、第1永久磁石10と第2永久磁石13とが鉄心層16を介して対向する磁気結合状態となる。そこで、エンジンなどの外部動力源の動力が入力軸6に入力され、速度が1/5.5倍に減速され、トルクが5.5倍に増大されて、出力軸7から出力される。
また、上記各実施の形態では、高速側の第1軸を入力軸とし、低速側の第2軸を出力軸として、磁気ギヤを第1軸から第2軸に動力を伝達する減速機として動作させるものとしているが、高速側の第1軸を出力軸とし、低速側の第2軸を入力軸として、磁気ギヤを第2軸から第1軸に動力を伝達する増速機として動作させても、同様の効果を奏することはいうまでもないことである。
Claims (7)
- 第1軸受を保持する第1ハウジングと、
上記第1軸受と軸方向一側に離間して、かつ同軸に配置された第2軸受を保持する第2ハウジングと、
上記第1軸受に片持ち支持された第1軸に同軸に連結されて上記第1ハウジングに回転自在に支持され、N極対(N:正の整数)の第1永久磁石が外周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第1回転体と、
円筒部を有し、上記第2軸受に片持ち支持された第2軸に該円筒部が連結部を介して同軸に連結されて上記第2ハウジングに回転自在に支持され、該円筒部が上記第1回転体を囲繞するように配設され、M極対(M:正の整数)の第2永久磁石が該円筒部の内周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第2回転体と、
それぞれ柱状に作製され、長手方向を上記第1軸の軸方向と平行として周方向に互いに所定の隙間を持って環状に配列され、上記第1ハウジングに該第1軸と同軸に支持されて上記第1回転体と上記第2回転体との間に挿入されるL個(L:正の整数)の磁性体コアと、を備え、
上記第1永久磁石の極対数N、上記第2永久磁石の極対数M、および上記磁性体コアの個数Lが、|M+L|=Nまたは|M-L|=Nを満足している磁気ギヤにおいて、
上記連結部が上記円筒部の内周面の軸方向中央部に接続され、
上記第2回転体は、上記円筒部の内周面の軸方向他側の領域が上記第1回転体を囲繞するように配設され、
上記第2永久磁石が上記第1回転体を囲繞する上記円筒部の内周面の軸方向他側の領域に周方向に配列され、
第3永久磁石が上記円筒部の内周面の軸方向一側の領域に周方向に極性を交互に逆向きにして複数極対配列され、
固定子鉄心が上記第3永久磁石を介して上記円筒部の内周面の軸方向一側の領域に対向するように上記第2ハウジングに固着され、
上記第2回転体にトルクを発生させるトルク発生コイルが上記固定子鉄心に巻装されていることを特徴とする磁気ギヤ。 - 第1軸受を保持する第1ハウジングと、
上記第1軸受と軸方向一側に離間して、かつ同軸に配置された第2軸受を保持する第2ハウジングと、
上記第1軸受に片持ち支持された第1軸に同軸に連結されて上記第1ハウジングに回転自在に支持され、N極対(N:正の整数)の第1永久磁石が外周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第1回転体と、
円筒部を有し、上記第2軸受に片持ち支持された第2軸に該円筒部が連結部を介して同軸に連結されて上記第2ハウジングに回転自在に支持され、該円筒部が上記第1回転体を囲繞するように配設され、M極対(M:正の整数)の第2永久磁石が該円筒部の内周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第2回転体と、
それぞれ柱状に作製され、長手方向を上記第1軸の軸方向と平行として周方向に互いに所定の隙間を持って環状に配列され、上記第1ハウジングに該第1軸と同軸に支持されて上記第1回転体と上記第2回転体との間に挿入されるL個(L:正の整数)の磁性体コアと、を備え、
上記第1永久磁石の極対数N、上記第2永久磁石の極対数M、および上記磁性体コアの個数Lが、|M+L|=Nまたは|M-L|=Nを満足している磁気ギヤにおいて、
上記連結部が上記円筒部の軸方向一端部に接続され、
上記第2回転体は、上記円筒部の内周面の軸方向他側の領域が上記第1回転体を囲繞するように配設され、
上記第2永久磁石が上記第1回転体を囲繞する上記円筒部の内周面の軸方向他側の領域に周方向に配列され、
第3永久磁石が上記円筒部の内周面の軸方向一側の領域に周方向に極性を交互に逆向きにして複数極対配列され、
固定子鉄心が上記第3永久磁石を介して上記円筒部の内周面の軸方向一側の領域に対向するように上記磁性体コアに磁気的に絶縁されて固着され、
上記第2回転体にトルクを発生させるトルク発生コイルが上記固定子鉄心に巻装されていることを特徴とする磁気ギヤ。 - 第1軸受を保持する第1ハウジングと、
上記第1軸受と軸方向一側に離間して、かつ同軸に配置された第2軸受を保持する第2ハウジングと、
上記第1軸受に片持ち支持された第1軸に同軸に連結されて上記第1ハウジングに回転自在に支持され、N極対(N:正の整数)の第1永久磁石が外周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第1回転体と、
円筒部を有し、上記第2軸受に片持ち支持された第2軸に該円筒部が連結部を介して同軸に連結されて上記第2ハウジングに回転自在に支持され、該円筒部が上記第1回転体を囲繞するように配設され、M極対(M:正の整数)の第2永久磁石が該円筒部の内周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第2回転体と、
それぞれ柱状に作製され、長手方向を上記第1軸の軸方向と平行として周方向に互いに所定の隙間を持って環状に配列され、上記第1ハウジングに該第1軸と同軸に支持されて上記第1回転体と上記第2回転体との間に挿入されるL個(L:正の整数)の磁性体コアと、を備え、
上記第1永久磁石の極対数N、上記第2永久磁石の極対数M、および上記磁性体コアの個数Lが、|M+L|=Nまたは|M-L|=Nを満足している磁気ギヤにおいて、
上記連結部が上記円筒部の軸方向一端部に接続され、
上記第2回転体は、上記円筒部の内周面が上記第1回転体の軸方向一端側の領域を囲繞するように配設され、
上記第2永久磁石が上記第1回転体を囲繞する上記円筒部の内周面に周方向に配列され、
上記第1永久磁石が上記第1回転体の外周面に軸方向の全域に延在して周方向に配列され、
固定子鉄心が上記第1永久磁石を介して上記第1回転体の外周面の軸方向他側の領域に対向するように上記第1ハウジングに固着され、
上記第1回転体にトルクを発生させるトルク発生コイルが上記固定子鉄心に巻装されていることを特徴とする磁気ギヤ。 - 第1軸受を保持する第1ハウジングと、
上記第1軸受と軸方向一側に離間して、かつ同軸に配置された第2軸受を保持する第2ハウジングと、
上記第1軸受に片持ち支持された第1軸に同軸に連結されて上記第1ハウジングに回転自在に支持され、N極対(N:正の整数)の第1永久磁石が外周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第1回転体と、
円筒部を有し、上記第2軸受に片持ち支持された第2軸に該円筒部が連結部を介して同軸に連結されて上記第2ハウジングに回転自在に支持され、該円筒部が上記第1回転体を囲繞するように配設され、M極対(M:正の整数)の第2永久磁石が該円筒部の内周面に周方向に極性を交互に逆向きにして配列された第2回転体と、
それぞれ柱状に作製され、長手方向を上記第1軸の軸方向と平行として周方向に互いに所定の隙間を持って環状に配列され、上記第1ハウジングに該第1軸と同軸に支持されて上記第1回転体と上記第2回転体との間に挿入されるL個(L:正の整数)の磁性体コアと、を備え、
上記第1永久磁石の極対数N、上記第2永久磁石の極対数M、および上記磁性体コアの個数Lが、|M+L|=Nまたは|M-L|=Nを満足している磁気ギヤにおいて、
上記連結部が上記円筒部の軸方向一端部に接続され、
上記第2回転体は、上記円筒部の内周面が上記第1回転体を囲繞するように配設され、
上記第2永久磁石が上記第1回転体を囲繞する上記円筒部の内周面に周方向に配列され、
第3永久磁石が上記円筒部の外周面に周方向に極性を交互に逆向きにして複数極対配列され、
固定子鉄心が上記第3永久磁石を介して上記円筒部の外周面に対向するように上記第1ハウジングに固着され、
上記第2回転体にトルクを発生させるトルク発生コイルが上記固定子鉄心に巻装され、
上記第2回転体が、上記第2永久磁石が上記磁性体コアを介して上記第1永久磁石と対向する磁気結合位置と、上記第2永久磁石が上記磁性体コアを介して上記第1永久磁石と対向する領域から外れた磁気結合解除位置との間を軸方向に往復移動可能に構成され、
作動時、上記第2回転体を磁気結合解除位置に移動させるクラッチ機構を備えていることを特徴とする磁気ギヤ。 - 上記第2回転体が、上記第2永久磁石が上記磁性体コアを介して上記第1永久磁石と対向する磁気結合位置と、上記第2永久磁石が上記磁性体コアを介して上記第1永久磁石と対向する領域から外れた磁気結合解除位置との間を軸方向に往復移動可能に構成され、
作動時、上記第2回転体を磁気結合解除位置に移動させるクラッチ機構を備えていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の磁気ギヤ。 - 上記磁性体コアが、上記第1永久磁石と上記第2永久磁石との間に挿入された磁気結合位置と、上記第1永久磁石と上記第2永久磁石との間から引き出された磁気結合解除位置との間を軸方向に往復移動可能に構成され、
作動時、上記磁性体コアを磁気結合解除位置に移動させるクラッチ機構を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項3記載の磁気ギヤ。 - 上記請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の磁気ギヤを搭載し、
エンジンの出力軸が上記第1軸を兼用し、上記磁気ギヤの上記第2軸からの出力トルクが車輪軸に伝達されるように構成されている車両。
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CN103723027A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-16 | 东南大学 | 磁齿轮电机传动的无级调速系统 |
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