JP6693527B2 - 磁気ギア装置 - Google Patents
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- H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
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Description
特許文献2に係る磁気ギア装置は、一般的なアキシャルギャップ構造を採用しており、小型化及びギア比の向上には限界がある。
第1磁石列及び第1磁性体列が相対的に回転した場合、第1磁石列の磁場は変調され、該第1磁石列の磁極対の数と異なる次数の周波数成分を有する回転磁場が生成される。回転磁場の回転速度は、第1磁石列又は第1磁性体列の回転速度と異なり、回転磁場は磁極対及び磁性体の数に応じたギア比で回転する。第2磁石列及び第2磁性体列によって生成される回転磁場も同様の性質を有する。連結器は、このように変調された第1磁石列の回転磁場と、第2磁石列の回転磁場とに磁気的に結合し、第1磁石列及び第2磁石列を連結する。
従って、第1磁石列又は第1磁性体列に回転力が与えられた場合、該回転力は、連結器を介して所定の加減速比で第2磁石列又は第2磁性体列に伝達される。回転速度は、第1磁石列及び第1磁性体列側と、第2磁石列及び第2磁性体列側とにおいて2段階で加速又は減速される。逆も同様であり、第2磁石列又は第2磁性体列に回転力が与えられた場合、該回転力は、連結器を介して所定の加減速比で第1磁石列又は第1磁性体列に伝達される。
なお、本発明においては、磁気ギア装置を用いて回転力を伝達する際、第1磁石列及び第1磁性体列のいずれを固定しても良い。同様に、第2磁石列及び第2磁性体列のいずれを固定しても良い。
なお、本発明には第1連結磁石列と、第2連結磁石列との間に円盤状のバックヨークを介装させる構成も含まれる。バックヨークを設けた場合、第1及び第2磁石列と、第1及び第2連結回転子との結合力が大きくなるため、伝達可能な回転力は増大し、脱調を防ぐことができる。
図1は本実施形態に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図、図2は第1回転子ユニット1の一構成例を示した側断面図、図3A及び図3Bは第1回転子13及び第1磁場変調ヨーク(第1磁性体列)18の一構成例を示した底面図、図4は連結回転子ユニット3の一構成例を示した側断面図、図5A及び図5Bは連結回転子33の一構成例を示した上面図及び底面図、図6は、第2回転子ユニット2の一構成例を示した側断面図、図7A及び図7Bは第2回転子23及び第2磁場変調ヨーク(第2磁性体列)28の一構成例を示した上面図である。
本発明の実施形態に係る磁気ギア装置は円柱状をなし、回転軸が略一致するように配置された円盤状の第1回転子ユニット1及び第2回転子ユニット2と、第1及び第2回転子ユニット1、2間に配され、各ユニットを磁気的に連結する連結回転子ユニット(連結器)3とを備える。
なお本明細書において略一致とは、設計上は一致を意味しており、製作の過程で発生する機械加工等で必要な寸法公差や誤差を含み略一致と表記した。また、設計上の一致は、必ずしも完全な一致を意味するものでは無く、第1回転子13、第2回転子23及び連結回転子33が磁気的ないし機械的に結合して回転し、回転力を伝達することが可能な範囲において中心軸が不一致となる場合も含み得る。
磁石16a,16bの外面側の外周縁部分は面取り加工されており、面取り加工された3組の磁極対16を周方向に配してなる磁石列は樹脂埋め込みによって全体として円盤状に成形されている。磁極対16を樹脂モールドすることによって、磁石16a,16bの外周縁部には、第1回転子13の回転による遠心力によって磁石16a,16bが飛散することを防止する飛散防止部17が形成されている。具体的には、飛散防止部17は、図2及び図3Aに示すように、磁石16a,16bの外周縁を囲繞しており、円板部14から離れようとする磁石16a,16bの動きを規制する断面鈎状をなす円環部材である。
なお本明細書において等間隔とは、設計上は等間隔を意味しており、製作の過程で発生する機械加工等で必要な寸法公差や誤差を含み略等間隔と表記した。また、設計上の等間隔は、必ずしも完全な一致を意味するものでは無く、第1回転子13、第2回転子23及び連結回転子33が磁気的ないし機械的に結合して回転し、回転力を伝達することが可能な範囲において配置間隔が不一致となる場合も含み得る。
磁極対26を樹脂モールドすることで、磁石26a、26bの外周縁部には第2回転子23の回転による遠心力によって磁石26a,26bが飛散することを防止する飛散防止部27が形成されている。飛散防止部27は、図6及び図7Bに示すように、磁石26a,26bの外周縁を囲繞しており、円板部24から離れようとする磁石26a,26bの動きを規制する断面鈎状をなす円環部材である。
磁極対35の数は一例であり、所望のギア比に応じて適宜設定される。ただし、第1回転子ユニット1の磁極対16及び磁性体18a並びに連結回転子ユニット3の磁極対35の数は下記式(1)を満たす構成が好ましい(池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、2009年、33巻、2号、130−134頁)。
p2=ns1±p1…(1)
但し、
p1:磁極対16の組数
p2:磁極対35の組数
ns1:磁性体18aの個数
磁極対37の数は一例であり、所望のギア比に応じて適宜設定される。ただし、第1回転子ユニット1側と同様、第2回転子ユニット2の磁極対26及び磁性体28a並びに連結回転子ユニット3の磁極対37の数は下記式(2)を満たす構成が好ましい。
p4=ns2±p3…(2)
但し、
p3:磁極対37の組数
p4:磁極対26の組数
ns2:磁性体28aの個数
図8は各ユニットを構成する磁石列及び磁性体の数の組み合わせを示す概念図である。図8に示すように、磁気ギア装置は3つのユニット、即ち第1回転子ユニット1、第2回転子ユニット2及び連結回転子ユニット3から構成される。連結回転子ユニット3を間に介して第1及び第2回転子ユニット1、2を連結することによって、本実施形態の磁気ギア装置を製造することができる。各ユニットの連結方法は特に限定されるものでは無いが、各ユニットはネジで連結しても良いし、溶接にて連結しても良い。図8中、「M3」及び「M18」は、それぞれ3組の磁極対及び18組の磁極対を示し、「J21」は21個の磁性体を示している。
p2=ns1−p1…−(3)
ω1/ω0=−p1/(ns1−p1)・・・(4)
但し、
ω0:第1回転子13の回転速度
ω1:連結回転子33の回転速度
p4=ns2−p3…(5)
ω2/ω1=−p3/(ns2−p3)・・・(6)
但し、
ω2:第2回転子23の回転速度
ω2/ω0=p1/(ns1−p1)×p3/(ns2−p3)・・・(7)
図9に示す例の場合、(−6/14)×(−1/6)=1/14のギア比を有する磁気ギア装置を得ることができる。
p2=ns1+p1…(8)
ω1/ω0=p1/(ns1+p1)・・・(9)
p4=ns2+p3…(10)
ω2/ω1=p3/(ns2+p3)・・・(11)
2 第2回転子ユニット
3 連結回転子ユニット
11 第1筒部
12 軸受
13 第1回転子(第1磁石列)
16 磁極対
16a,16b 磁石
18 第1磁場変調ヨーク
21 第2筒部
22 軸受
23 第2回転子(第2磁石列)
26 磁極対
26a,26b 磁石
28 第2磁場変調ヨーク
31 第3筒部
32 軸受
33 連結回転子
33a 第1連結磁石列
33b 第2連結磁石列
34 バックヨーク
35,37 磁極対
35a,35b,37a,37b 磁石
Claims (4)
- 周方向に沿って複数の磁極対がそれぞれ配された円盤状の第1磁石列と、
周方向に沿って複数の磁性体がそれぞれ配されており、前記第1磁石列が生成する磁場の空間周波数を変調する円盤状の第1磁性体列と、
中心線が前記第1磁石列の中心線と略一致しており、周方向に沿って複数の磁極対がそれぞれ配された円盤状の第2磁石列と、
周方向に沿って複数の磁性体がそれぞれ配されており、前記第2磁石列が生成する磁場の空間周波数を変調する円盤状の第2磁性体列と、
前記第1磁性体列及び前記第2磁性体列の間に配されており、前記第1磁性体列及び前記第2磁性体列を介して前記第1磁石列及び前記第2磁石列を磁気的に連結する円盤状の連結器と
を備える磁気ギア装置。 - 前記連結器は、
中心線が前記第1磁石列の中心線と略一致しており、前記第1磁性体列によって変調された磁場に対応する複数の磁極対がそれぞれ周方向に沿って配された円盤状の第1連結磁石列と、
中心線が前記第2磁石列の中心線と略一致しており、前記第2磁性体列によって変調された磁場に対応する複数の磁極対がそれぞれ周方向に沿って配された円盤状の第2連結磁石列と
を備え、
前記第1連結磁石列及び前記第2連結磁石列は前記周方向において相対的に固定されている
請求項1に記載の磁気ギア装置。 - 前記第1磁石列及び前記第1磁性体列を支持し、ユニット化する第1筒部と、
前記第2磁石列及び前記第2磁性体列を支持し、ユニット化する第2筒部と、
前記第1連結磁石列及び第2連結磁石列を支持し、ユニット化する第3筒部と
を備える請求項2に記載の磁気ギア装置。 - 前記第1磁石列及び第2磁石列は軸受にて、回転可能に前記第1筒部及び第2筒部にそれぞれ支持されており、前記第1連結磁石列及び第2連結磁石列は軸受にて、一体回転可能に前記第3筒部に支持されている
請求項3に記載の磁気ギア装置。
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