JP6257114B2 - 磁気波動歯車装置 - Google Patents
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Description
本願は、2014年5月20日に日本に出願された特願2014−104587号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1は、本発明の第1実施形態における磁気波動歯車装置1Aを示す断面図である。
磁気波動歯車装置1Aは、図1に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。
本実施形態のコイルは、例えば、U相、V相、W相で相分けされている。
上記構成を有する磁気波動歯車装置1Aは、低速ロータ10の磁極数をNlとし、高速ロータ20の極対数をNhとし、ステータ30のスロット数をNsとしたときに、下記の関係式(1)を満足するように構成されている。
Ns = Nl ± Nh …(1)
Gr = Nl / Nh …(2)
一方、低速ロータ10とステータ30とは、第1の永久磁石12の数に対応する17極から第3の永久磁石32の数に対応する12極を差し引いた5次の高調波磁束を発生する。
したがって、低速ロータ10とステータ30とが、高速ロータ20と同じ次数の高調波磁束を発生し、それらが相互作用することで、トルク定数を向上させることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
磁気波動歯車装置1Bは、図2に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。この磁気波動歯車装置1Bは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。
ステータ30の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。
また、本実施形態では、低速ロータ10と高速ロータ20との位置を入れ替え、ステータ30と高速ロータ20とのエアギャップ長を通常のモータと同程度まで縮めることができるため、トルク定数をさらに向上させることができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
磁気波動歯車装置1Cは、図3に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。低速ロータ10及びステータ30の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。
本実施形態では、低速ロータ10の第1の磁性体11の間に第1の永久磁石12を挟んでおり、低速ロータ10とステータ30とが、高速ロータ20と同じ次数の高調波磁束を発生するため、上述したようにトルク定数を向上させることができる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
磁気波動歯車装置1Dは、図4に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。この磁気波動歯車装置1Dは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。ステータ30の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。また、高速ロータ20の構成は、第2実施形態の構成と変わらない。
また、本実施形態では、低速ロータ10と高速ロータ20との位置を入れ替え、ステータ30と高速ロータ20とのエアギャップ長を通常のモータと同程度まで縮めることができるため、トルク定数をさらに向上させることができる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
磁気波動歯車装置1Eは、図5に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。低速ロータ10の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。また、高速ロータ20の構成は、第3実施形態の構成と変わらない。
本実施形態では、本実施形態では、低速ロータ10の第1の磁性体11の間に第1の永久磁石12を挟んでおり、低速ロータ10とステータ30とが、高速ロータ20と同じ次数の高調波磁束を発生するため、上述したようにトルク定数を向上させることができる。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
磁気波動歯車装置1Fは、図6に示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10、高速ロータ20、ステータ30は、回転軸Rを中心とした同心状に設けられている。この磁気波動歯車装置1Fは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。低速ロータ10の構成は、第2実施形態の構成と変わらない。また、ステータ30の構成は、第5実施形態の構成と変わらない。
また、本実施形態では、低速ロータ10と高速ロータ20との位置を入れ替え、ステータ30と高速ロータ20とのエアギャップ長を通常のモータと同程度まで縮めることができるため、トルク定数をさらに向上させることができる。
続いて、図7A〜図9Bに示す比較例との比較により、本発明の効果をより明らかにする。
磁気波動歯車装置1Gは、図7Aに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。高速ロータ20及びステータ30の構成は、第5実施形態の構成と変わらない。
磁気波動歯車装置1Hは、図7Bに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。この磁気波動歯車装置1Gは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。高速ロータ20及びステータ30の構成は、第6実施形態の構成と変わらない。
磁気波動歯車装置1Iは、図8Aに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10の構成は、比較例1と変わらない。また、高速ロータ20及びステータ30の構成は、第3実施形態の構成と変わらない。以下、この磁気波動歯車装置1Iを両面3/4PMと称する場合がある。
磁気波動歯車装置1Jは、図8Bに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。この磁気波動歯車装置1Jは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。低速ロータ10の構成は、比較例2と変わらない。また、高速ロータ20の構成は、第6実施形態の構成と変わらない。また、ステータ30の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。以下、この磁気波動歯車装置1Jを両面3/4PM(ロータ入替構造)と称する場合がある。
磁気波動歯車装置1Kは、図9Aに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。低速ロータ10の構成は、比較例1と変わらない。また、高速ロータ20及びステータ30の構成は、第1実施形態の構成と変わらない。以下、この磁気波動歯車装置1Kを両面ハーフPMと称する場合がある。
磁気波動歯車装置1Lは、図9Bに示すように、低速ロータ10と、高速ロータ20と、ステータ30と、を有する。この磁気波動歯車装置1Lは、低速ロータ10が内側に、高速ロータ20が外側に配置されている。低速ロータ10の構成は、比較例2と変わらない。また、高速ロータ20及びステータ30の構成は、第2実施形態の構成と変わらない。以下、この磁気波動歯車装置1Lを両面ハーフPM(ロータ入替構造)と称する場合がある。
図10に示すように、伝達トルクに関しては、両面PM≒複合型PM>三層2/3PM>三層ハーフPM>両面ハーフPMの関係を有することが分かる。
このことから、両面PM(磁気波動歯車装置1G)と複合型PM(磁気波動歯車装置1G)はほとんど同じであり、伝達トルクに関して第1の永久磁石12が機能していないことが分かる。また、三層ハーフPM(磁気波動歯車装置1A)は両面ハーフ(磁気波動歯車装置1K)より大きく、伝達トルクに関して第1の永久磁石12が機能していることが分かる。
図11に示すように、基本構造の最大伝達トルクに関しては、両面PM>三層2/3PM>三層ハーフPM>両面3/4PM>両面ハーフPMの関係を有することが分かる。
また、ロータ入替構造の最大伝達トルクに関しては、両面PM>両面3/4PM>三層2/3PM>三層ハーフPM>両面ハーフPMの関係を有することが分かる。
このことから、低速ロータ10と高速ロータ20との位置を入れ替えると、最大伝達トルクは10分の1程度に低下することが分かる。また、高速ロータ20に第2の磁性体21を含むもの(三層ハーフPM、両面ハーフPM、三層2/3PM)は、最大伝達トルクの低下の割合が大きいことが分かる。これは、磁束が、高速ロータ20の第2の磁性体21で短絡するためと考えられる。
図12に示すように、基本構造のトルク定数に関しては、三層2/3PM>両面3/4PM>三層ハーフPM>両面ハーフPM>両面PMの関係を有することが分かる。なお、両面3/4PMが三層ハーフPMや両面ハーフPMより大きなトルク定数を持つ理由は、高速ロータ20の永久磁石量が多いからである。三層ハーフPMは、永久磁石量が少ないにもかかわらず両面3/4PMと同程度のトルク定数を有する。このことから、低速ロータ10に第1の永久磁石12を設けると、トルク定数は増加することが分かる。
また、ロータ入替構造のトルク定数に関しては、両面3/4PM>両面ハーフPM>三層ハーフPM>三層2/3PM>両面PMの関係を有することが分かる。このことから、低速ロータ10と高速ロータ20との位置を入れ替えると、トルク定数は増加することが分かる。なお、両面PMは、高速ロータ20に両面3/4PMと同量の永久磁石を備えているにも関わらずトルク定数は低下することが分かる。これは、両面PMのステータ30の第3の磁性体31の前にある第3の永久磁石32Bが磁気抵抗になったと考えられる。
10 低速ロータ(第1のロータ)
11 第1の磁性体
12,12A,12B 第1の永久磁石
20 高速ロータ(第2のロータ)
21 第2の磁性体
22,22A,22B 第2の永久磁石
30 ステータ
31 第3の磁性体
32,32A,32B 第3の永久磁石
33 コイル
34 スロット
R 回転軸
Claims (6)
- ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、前記ステータと前記第2のロータとの間に配置されると共に、第1の磁性体と、磁極の向きが同一の第1の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、第2の磁性体と、前記第1の永久磁石と磁極の向きが同一の第2の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える第3の磁性体と、前記第1の永久磁石と磁極の向きが同一の第3の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
Ns = Nl ± Nh
の関係を満足する磁気波動歯車装置。 - ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、第1の磁性体と、磁極の向きが同一の第1の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、前記ステータと前記第1のロータとの間に配置されると共に、第2の磁性体と、前記第1の永久磁石と磁極の向きが同一の第2の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える第3の磁性体と、前記第1の永久磁石と磁極の向きが同一の第3の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
Ns = Nl ± Nh
の関係を満足する磁気波動歯車装置。 - ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、前記ステータと前記第2のロータとの間に配置されると共に、第1の磁性体と、磁極の向きが同一の第1の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、磁極の向きが互いに異なる第2の永久磁石を周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える第3の磁性体と、前記第1の永久磁石と磁極の向きが同一の第3の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
Ns = Nl ± Nh
の関係を満足する磁気波動歯車装置。 - ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、磁極の向きが互いに異なる第1の永久磁石を周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、前記ステータと前記第1のロータとの間に配置されると共に、第2の磁性体と、磁極の向きが同一の第2の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える第3の磁性体と、前記第2の永久磁石と磁極の向きが同一の第3の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
Ns = Nl ± Nh
の関係を満足する磁気波動歯車装置。 - ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、前記ステータと前記第2のロータとの間に配置されると共に、第1の磁性体と、磁極の向きが同一の第1の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、磁極の向きが互いに異なる第2の永久磁石を周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える複数の第3の磁性体と、磁極の向きが交互に異なるように周方向に配置された複数の第3の永久磁石と、を有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
Ns = Nl ± Nh
の関係を満足する磁気波動歯車装置。 - ステータと、第1のロータと、第2のロータとが同心状に設けられた磁気波動歯車装置であって、
前記第1のロータは、第1の磁性体と、磁極の向きが同一の第1の永久磁石とを周方向に交互に有しており、
前記第2のロータは、前記ステータと前記第1のロータとの間に配置されると共に、磁極の向きが互いに異なる第2の永久磁石を周方向に交互に有しており、
前記ステータは、コイルを巻回可能なスロットを備える複数の第3の磁性体と、磁極の向きが交互に異なるように周方向に配置された複数の第3の永久磁石と、を有しており、
前記第1のロータの磁極数をNlとし、前記第2のロータの極対数をNhとし、前記ステータのスロット数をNsとしたときに、
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の関係を満足する磁気波動歯車装置。
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