JP2014163431A - 磁気波動歯車装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高速ロータ10、低速ロータ20、ステータ30が同一の回転軸Rで相対回転自在な磁気波動歯車装置1Aであって、低速ロータ20は、高速ロータ10とステータ30との間に配置され、回転軸R周りに配置された複数の磁性体片21を有しており、高速ロータ10は、低速ロータ20に対向すると共に回転軸R周りに配置された複数の永久磁石12A,12Bを有しており、ステータ30は、低速ロータ20に対向すると共に回転軸R周りに配置されてコイル33が巻回された複数の極歯32と、隣り合う極歯32の間のそれぞれに配置されて低速ロータ20に対向する側の磁極が同一の複数の永久磁石34Bと、を有している、という構成を採用する。
【選択図】図1
Description
また、片側磁石タイプは、永久磁石の使用量が少なく、生産性に優れ、発電(通電)トルクが高いが、磁気回路を流れる磁束が少ないため、最大伝達トルクが小さいという課題がある。
このため、従来型の磁気波動歯車装置は、一般的な永久磁石式発電機(電動機)と比較した場合、ダイレクトドライブ用途でさえ、性能面で劣っており、実用化に向けた新たなタイプの開発が求められている。
すなわち、上記の課題を解決するために、本発明は、第1の部材、第2の部材、第3の部材が同一の回転軸で相対回転自在な磁気波動歯車装置であって、前記第2の部材は、前記第1の部材と前記第3の部材との間に配置され、前記回転軸周りに配置された複数の磁性体片を有しており、前記第1の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置された複数の第1の永久磁石を有しており、前記第3の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置されてコイルが巻回された複数の極歯と、隣り合う前記極歯の間のそれぞれに配置されて前記第2の部材に対向する側の磁極が同一の複数の第2の永久磁石と、を有している、という構成を採用する。なお、回転軸周りの各部材の配置は、等間隔が望ましい。
磁気波動歯車装置1Aは、図1に示すように、高速ロータ(第1の部材)10と、低速ロータ(第2の部材)20と、ステータ(第3の部材)30と、が同一の回転軸Rで相対回転自在な構成となっている。この磁気波動歯車装置1Aでは、半径方向において、高速ロータ10、低速ロータ20、ステータ30の順序で配置されている。
Ns = Nl ± Nh …(1)
の関係を満たすように構成されている。なお、上記関係式(1)を満たすことによる技術的意義は、上述した特許文献1(特開2010−106940号公報)に詳述されているため、ここでは説明を割愛する。
Gr = Nl / Nh …(2)
このような磁気波動歯車装置1Aでは、ステータ30に設けたコイル33の起磁力により高速ロータ10を回転させることで、高調波磁束により出力軸である低速ロータ20が減速比Grに従って回転する。
磁気波動歯車装置1Bは、図1に示すように、高速ロータ(第1の部材)10と、低速ロータ(第2の部材)20と、ステータ(第3の部材)30と、が同一の回転軸Rで相対回転自在な構成となっている。この磁気波動歯車装置1Bでは、半径方向において、高速ロータ10、低速ロータ20、ステータ30の順序で配置されている。この低速ロータ20及びステータ30の構成は、上記実施形態の構成と変わりない。
なお、高速ロータ10に残す永久磁石は、低速ロータ20に対するエアギャップ方向の磁極が同じであれば、永久磁石12Aでなく、永久磁石12Bであってもよい。
図3(b)に示す比較例2は、改良両側磁石タイプの磁気波動歯車装置1Dである。改良両側磁石タイプは、図3(b)に示すように、ステータ30に配置される永久磁石34A,34Bの厚みを薄くして永久磁石の使用量を低減させている点で、両側磁石タイプと異なる。
図3(c)に示す比較例1は、片側磁石タイプの磁気波動歯車装置1Eである。片側磁石タイプは、図3(c)に示すように、ステータ30側に永久磁石を一つも配置しない点で、3/4PMタイプと異なる。
[2次元有限要素解析の条件]
高速ロータ極対数:5
ステータスロット数:12
サイズ:φ80×30[mm]
コイル:10ターン,2Y結線
永久磁石:Br=1.25[T]
なお、片側磁石タイプ(比較例3)は、解析モデルの関係で減速比が2.2に設定されており、図4に示すように、他のタイプ(減速比3.4)とトルク波形が異なっている。
図5に示すように、最大伝達トルクに関しては、比較例1>実施例1>比較例2>実施例2>比較例3の関係を有することが分かる。
また、図6に示すように、高速ロータ10のトルクに関しては、実施例1>実施例2>比較例3>比較例2>比較例1の関係を有することが分かる。
また。図7に示すように、トルク定数に関しては、実施例1>実施例2>比較例2>比較例3>比較例1の関係を有することが分かる。
また、改良両側磁石タイプ(比較例2)は、最大伝達トルクとのトレードオフにより通電トルクが若干改善されるものの、永久磁石の使用量が多く、生産性が低いことが分かる。
また、片側磁石タイプ(比較例3)は、生産性に優れ、通電トルクは高いが、永久磁石の使用量が少なく、磁気回路を流れる磁束が少ないため、最大伝達トルクが低いことが分かる。
また、1/2PMタイプ(実施例2)によれば、3/4PMタイプよりは若干性能が劣るものの、永久磁石の使用量がさらに少なく済み、生産性が高いことが分かる。
図8は、本発明の一実施形態における磁気波動歯車装置1Fを示す断面構成図である。
図8に示す磁気波動歯車装置1Fは、ステータ30側の永久磁石34Bが、コイル33が巻回されるスロット開口部ではなく、コイル33が巻回されないステータ30のコア部分に配置される構成となっている。
なお、図8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している。
Claims (2)
- 第1の部材、第2の部材、第3の部材が同一の回転軸で相対回転自在な磁気波動歯車装置であって、
前記第2の部材は、前記第1の部材と前記第3の部材との間に配置され、前記回転軸周りに配置された複数の磁性体片を有しており、
前記第1の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置された複数の第1の永久磁石を有しており、
前記第3の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置されてコイルが巻回された複数の極歯と、隣り合う前記極歯の間のそれぞれに配置されて前記第2の部材に対向する側の磁極が同一の複数の第2の永久磁石と、を有している、ことを特徴とする磁気波動歯車装置。 - 第1の部材、第2の部材、第3の部材が同一の回転軸で相対回転自在な磁気波動歯車装置であって、
前記第2の部材は、前記第1の部材と前記第3の部材との間に配置され、前記回転軸周りに配置された複数の磁性体片を有しており、
前記第1の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置されて前記第2の部材に対向する側の磁極が同一の複数の第1の永久磁石を有しており、
前記第3の部材は、前記第2の部材に対向すると共に前記回転軸周りに配置されてコイルが巻回された複数の極歯と、隣り合う前記極歯の間のそれぞれに配置されて前記第2の部材に対向する側の磁極が同一の複数の第2の永久磁石と、を有している、ことを特徴とする磁気波動歯車装置。
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