JP6202354B2 - Magnetic gear with magnetic flux concentrated pole piece - Google Patents
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Description
本発明は、マグネチックギアに関し、より具体的には、ローターの間に位置するポールピースの形態を改善して空隙に磁束を集中させることにより、伝達トルクを向上させることができ、トルクリップルを低減できる磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギア及び回転軸上で離隔されて位置するローターの外側にポールピースを備えることにより、空隙の数を減らし構造を簡素化することができ、回転軸を支持するベアリングの数を減らし摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるマグネチックギアに関する。 The present invention relates to a magnetic gear, and more specifically, the transmission torque can be improved by improving the form of a pole piece located between rotors and concentrating the magnetic flux in the gap. By providing a magnetic gear having a magnetic flux concentrating pole piece that can be reduced and a pole piece outside the rotor that is located on the rotating shaft, the number of gaps can be reduced and the structure can be simplified. The present invention relates to a magnetic gear capable of reducing the number of bearings to be supported and minimizing a decrease in torque transmission rate due to friction.
マグネチックギアは、磁力を用いて非接触式で動力を伝達する非接触式ギア装置であって、物理的な接触によって動力を伝達するギアに比べてノイズ及び振動が少なく、潤滑油の注入や保守点検が不要であり、機械的な摩擦がなく、安定性と耐久性が高く、近年研究が活発している。 A magnetic gear is a non-contact gear device that transmits power in a non-contact manner using magnetic force, and has less noise and vibration than a gear that transmits power by physical contact. Maintenance and inspection are not required, there is no mechanical friction, stability and durability are high, and research has been active in recent years.
なお、マグネチックギアは、エネルギーの損失を低減することができるので、高効率の駆動が可能であり、信頼性及び正確なピークトルクの伝達が可能である。 Since the magnetic gear can reduce energy loss, high-efficiency driving is possible, and reliable and accurate peak torque transmission is possible.
なお、近年、風力タービン、電気自動車、トランスミッションなど様々な分野にマグネチックギアを適用しようとしている。 In recent years, magnetic gears are being applied to various fields such as wind turbines, electric vehicles, and transmissions.
図1は、一般的なマグネチックギアを示し、図2は、一般的なマグネチックギアの垂直断面を示す。 FIG. 1 shows a general magnetic gear, and FIG. 2 shows a vertical section of the general magnetic gear.
図1及び図2を参照すると、従来のマグネチックギア10は、大きく分けて内側ローター11、外側ローター12、内側ローター11と外側ローター12との間にローター11、12と離隔されて位置するポールピースモジュール13を含んで構成される。 Referring to FIGS. 1 and 2, a conventional magnetic gear 10 is roughly divided into an inner rotor 11, an outer rotor 12, and a pole positioned between the inner rotor 11 and the outer rotor 12 so as to be separated from the rotors 11 and 12. A piece module 13 is included.
なお、前記内側ローター11は、内側回転子11bと内側ローター11bの外部に回転軸を中心に放射状に取り付けられる磁石11aを含み、前記外側ローター12は、外側回転子12aと外側回転子12aの内部に回転軸を中心に放射状に取り付けられる磁石12bを含み、前記ポールピースモジュール13は、回転軸に対して放射状に等間隔で離隔された複数のポールピース13aを含む。 The inner rotor 11 includes an inner rotor 11b and magnets 11a that are radially attached to the outside of the inner rotor 11b with a rotation axis as a center, and the outer rotor 12 includes the outer rotor 12a and the inner rotor 12a. The pole piece module 13 includes a plurality of pole pieces 13a that are radially spaced from the rotation axis at equal intervals.
なお、前記内側ローター11と前記外側ローター12の磁石には、それぞれ互いに反対方向(回転軸を向けた方向と回転軸の反対方向に向けた方向)に磁力を持つ磁石が交互に位置し、互いに反対方向の磁力を持つ2つの磁石は双極子(dipole)をなす。 The magnets of the inner rotor 11 and the outer rotor 12 are alternately positioned with magnets having magnetic forces in opposite directions (directions facing the rotation axis and directions opposite the rotation axis). Two magnets with opposite magnetic forces form a dipole.
なお、前記ポールピースモジュール13が固定されている場合、前記内側ローター11と前記外側ローター12は、互いに反対方向に回転し、どのローターが入力軸になるかによって減速機又は加速器として用いられる。 When the pole piece module 13 is fixed, the inner rotor 11 and the outer rotor 12 rotate in opposite directions and are used as a speed reducer or an accelerator depending on which rotor is an input shaft.
なお、前記外側ローター12は低速で回転し、前記内側ローター11は高速で回転し、前記外側ローター12の双極子の数と前記内側ローター11の双極子の数は、下記の数1のようにポールピース13aの個数を決定する。 The outer rotor 12 rotates at a low speed, the inner rotor 11 rotates at a high speed, and the number of dipoles of the outer rotor 12 and the number of dipoles of the inner rotor 11 are as shown in the following formula 1. The number of pole pieces 13a is determined.
ここで、Nsはポールピース13aの個数、p1は外側ローター12の双極子の数、p2は内側ローター11の双極子の数を意味する。 Here, Ns represents the number of pole pieces 13a, p1 represents the number of dipoles of the outer rotor 12, and p2 represents the number of dipoles of the inner rotor 11.
なお、図2を例とすると、外側ローター12の磁石の極数が42極であって双極子の数が21極であり、内側ローター11の磁石の極数が4極であって双極子の数が2極であるので、ポールピース13aの個数は、各ローターの双極子の数の21極と2極を足した23個となる。 2 as an example, the number of poles of the magnet of the outer rotor 12 is 42 and the number of dipoles is 21, and the number of poles of the magnet of the inner rotor 11 is 4 and Since the number is two poles, the number of pole pieces 13a is 23, which is the sum of 21 poles and 2 poles of the number of dipoles of each rotor.
なお、マグネチックギア10のギア比は、下記の数2のようにローターの双極子数の比により決定される。 Note that the gear ratio of the magnetic gear 10 is determined by the ratio of the number of dipoles of the rotor as shown in Equation 2 below.
なお、マグネチックギア10のローターの速度比は、下記の数3の通りである。 In addition, the speed ratio of the rotor of the magnetic gear 10 is as the following formula 3.
なお、従来のマグネチックギア1のポールピース13aの垂直断面は、中心角が互いに同一であり、直径が異なる外側弧13aaと内側弧13ab、そして外側弧13aaと内側弧13abの各一端を連結する直線13ac及び各他端を連結する直線13adで囲まれた図形の形状を有する。 In addition, the vertical cross section of the pole piece 13a of the conventional magnetic gear 1 is connected to each end of the outer arc 13aa and the inner arc 13ab, and the outer arc 13aa and the inner arc 13ab having the same central angle and different diameters. It has a shape of a figure surrounded by a straight line 13ac and a straight line 13ad connecting the other ends.
しかしながら、従来のマグネチックギア10は、このようなポールピース13aの形態的な限界により、外側ローター12とポールピースモジュール13間、内側ローター11とポールピースモジュール13間の空隙に磁束を集中させることができなく、トルク伝達が低く、トルクリップルが大きいという問題点がある。 However, the conventional magnetic gear 10 concentrates the magnetic flux in the gap between the outer rotor 12 and the pole piece module 13 and between the inner rotor 11 and the pole piece module 13 due to the morphological limitation of the pole piece 13a. There is a problem that torque transmission is low and torque ripple is large.
なお、図3は、従来のマグネチックギア10の回転軸方向の垂直断面を示す図であり、従来のマグネチックギア10は、前記内側ローター11、前記外側ローター12、前記ポールピースモジュール13以外に、ハウジング14、ポールピースモジュール支持部材15、内側ローター支持部材16及び外側ローター支持部材17をさらに含んで構成される。 FIG. 3 is a diagram showing a vertical cross section of the conventional magnetic gear 10 in the rotation axis direction. The conventional magnetic gear 10 is not limited to the inner rotor 11, the outer rotor 12, and the pole piece module 13. , The housing 14, the pole piece module support member 15, the inner rotor support member 16, and the outer rotor support member 17.
なお、前記ハウジング14は、外部形態を規定し、前記ポールピースモジュール支持部材15は、前記ポールピースモジュール13を前記ハウジング14の内部で前記ハウジング14と離隔されるように支持する。 The housing 14 defines an external form, and the pole piece module support member 15 supports the pole piece module 13 so as to be separated from the housing 14 inside the housing 14.
なお、前記内側ローター支持部材16は、前記内側ローター11を前記ポールピースモジュール支持部材15の内側に前記ポールピースモジュール支持部材15と離隔して支持し、前記ハウジング14の一側に露出された入力軸11cを有する。 The inner rotor support member 16 supports the inner rotor 11 on the inner side of the pole piece module support member 15 so as to be separated from the pole piece module support member 15 and is exposed to one side of the housing 14. It has a shaft 11c.
なお、前記外側ローター支持部材17は、前記外側ローター12を前記ハウジング14と前記ポールピースモジュール13との間で前記ハウジング14及び前記ポールピースモジュール13とそれぞれ離隔して支持し、前記ハウジング14の他側に露出された出力軸12cを有する。 The outer rotor support member 17 supports the outer rotor 12 separately between the housing 14 and the pole piece module 13 between the housing 14 and the pole piece module 13. The output shaft 12c is exposed to the side.
なお、固定された部材と回転する部材との間には、ベアリング14a、15a、16a、16bが備えられる。詳しくは、前記ベアリング14a、15a、16a、16bは、例えば、回転する部材の回転軸に垂直に作用する荷重を支持するラジアルベアリング(radial bearing)である。 Note that bearings 14a, 15a, 16a, and 16b are provided between the fixed member and the rotating member. Specifically, the bearings 14a, 15a, 16a, and 16b are, for example, radial bearings that support a load acting perpendicular to the rotation axis of the rotating member.
なお、前記ベアリング14a、15a、16a、16bは、前記ハウジング14に前記出力軸12cを支持する第1外側ローター支持ベアリング14a、前記ポールピースモジュール支持部材15に前記外側ローター支持部材17を支持する第2外側ローター支持ベアリング15a、前記ポールピースモジュール支持部材15に前記入力軸11cを支持する第1内側ローター支持ベアリング16a、前記外側ローター支持部材17に前記内側ローター11を支持する第2内側ローター支持ベアリング16bを含む。 The bearings 14a, 15a, 16a, and 16b are a first outer rotor support bearing 14a that supports the output shaft 12c on the housing 14, and a second rotor support member 17 that supports the outer rotor support member 17 on the pole piece module support member 15. 2 outer rotor support bearing 15a, first inner rotor support bearing 16a supporting the input shaft 11c on the pole piece module support member 15, and second inner rotor support bearing supporting the inner rotor 11 on the outer rotor support member 17. 16b.
すなわち、従来のマグネチックギア10は、4つのベアリング14a、15a、16a、16bを含んで構成されるので、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率が低くなるという問題点がある。 That is, since the conventional magnetic gear 10 includes four bearings 14a, 15a, 16a, and 16b, there is a problem that the torque transmission rate due to friction of the bearings is lowered.
なお、前記ローター11、12が、前記ハウジング14の内部で回転するためには前記ハウジング14と前記内側ローターとの間に第1空隙a1、前記外側ローター12と前記ポールピースモジュール13との間に第2空隙a2、前記ポールピースモジュール13と前記内側ローター11との間に第3空隙a3が必ず存在しなければならないので、構造が非常に複雑になるという問題点がある。 In addition, in order for the rotors 11 and 12 to rotate inside the housing 14, a first gap a <b> 1 is provided between the housing 14 and the inner rotor, and between the outer rotor 12 and the pole piece module 13. Since the third gap a3 must exist between the second gap a2 and the pole piece module 13 and the inner rotor 11, there is a problem that the structure becomes very complicated.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ポールピースの形状を最適化して空隙に磁束を集中させることにより、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くして動力伝達率と信頼性を向上させることができる磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギアを提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems. By optimizing the shape of the pole piece and concentrating the magnetic flux in the air gap, torque transmission is improved and torque ripple is lowered to transmit power. Provided is a magnetic gear having a magnetic flux concentrating pole piece that can improve rate and reliability.
なお、本発明の目的は、空隙の数を減らすことができ、構造が簡単なマグネチックギアを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnetic gear that can reduce the number of voids and has a simple structure.
なお、本発明の目的は、ベアリングの数を減らすことができ、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるマグネチックギアを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnetic gear capable of reducing the number of bearings and minimizing a decrease in torque transmission rate due to friction of the bearings.
なお、本発明の目的は、ポールピースの形状を最適化して空隙に磁束を集中させることにより、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くして動力伝達率と信頼性を向上させることができるマグネチックギアを提供することにある。 The object of the present invention is to improve the torque transmission by optimizing the shape of the pole piece and concentrating the magnetic flux in the air gap, and to reduce the torque ripple and improve the power transmission rate and reliability. To provide tic gear.
なお、本発明のマグネチックギアによると、ポールピースモジュールがハウジングの役割を兼ねるため、ポールピースモジュールの内部に1つの空隙だけでもローターを回転させることができ、構造が非常に簡単であるという利点がある。 According to the magnetic gear of the present invention, since the pole piece module also serves as a housing, the rotor can be rotated even with only one gap inside the pole piece module, and the structure is very simple. There is.
なお、本発明のマグネチックギアによると、3つのベアリングだけでローターを非接触式で回転させることができるので、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるという利点がある。 According to the magnetic gear of the present invention, since the rotor can be rotated in a non-contact manner with only three bearings, there is an advantage that a reduction in torque transmission rate due to bearing friction can be minimized.
なお、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギアによると、2つのマグネチックギアを直結して小さな体積でも大きなトルク比を提供することができる効果がある。 In addition, according to the multiple type magnetic gear of the present invention, it is possible to provide a large torque ratio even with a small volume by directly connecting two magnetic gears.
本発明の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及していないまた他の目的は下記の記載から当業者が明確に理解することができるであろう。 The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
前記の目的を達成するために、本発明は、内側ローター(inner rotor)、前記内側ローターと離隔されて備えられる外側ローター(outer rotor)及び前記内側ローターと前記外側ロータとの間に位置し、前記内側ローターから前記外側ローターに、又は前記外側ローターから前記内側ローターに磁束を伝達する互いに離隔された複数のポールピース(pole piece)が備えられるポールピースモジュールを含むマグネチックギアであって、前記各ポールピースの断面は、第1弧(arc)、前記第1弧と中心の位置及び中心角は同一であり、内径は前記第1弧の内径よりも小さい第2弧及び前記第1弧と前記第2弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第1図形と、前記第2弧と中心の位置及び内径は同一であり中心角は前記第2弧の中心角よりも大きい第3弧、第3弧と中心の位置と中心角は同一であり内径は前記第3弧の内径よりも小さい第4弧、及び第3弧と前記第4弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第2図形と、が結合した形状を有するが、前記第2弧の2等分位置と前記第3弧の2等分位置は互いに重なるように結合した形状を有することを特徴とするマグネチックギアを提供する。 To achieve the above object, the present invention is located between an inner rotor, an outer rotor provided spaced apart from the inner rotor, and between the inner rotor and the outer rotor, A magnetic gear including a pole piece module including a plurality of pole pieces spaced apart from each other to transmit magnetic flux from the inner rotor to the outer rotor or from the outer rotor to the inner rotor, The cross-section of each pole piece has a first arc (arc), the same position and central angle as the first arc, the second arc and the first arc having an inner diameter smaller than the inner diameter of the first arc. The first figure surrounded by a line connecting each one end and each other end of the second arc, the position and the inner diameter of the second arc and the center are A third arc having a central angle greater than the central angle of the second arc, a fourth arc having the same central position and central angle as the third arc, and an inner diameter smaller than the inner diameter of the third arc, and The third arc and the second graphic surrounded by a line connecting the one end and the other end of the fourth arc have a combined shape, and the bisecting position of the second arc and the third arc The magnetic gear is characterized in that the bisected positions have a shape coupled so as to overlap each other.
望ましい実施例において、前記第4弧と前記第3弧の垂直距離(以下、「第1垂直距離」とする。)は、下記の数4のように、前記第4弧と前記第1弧の垂直距離(以下、「第2垂直距離」とする。)の13.5%よりは大きく、23.5%よりは小さい。 In a preferred embodiment, the vertical distance between the fourth arc and the third arc (hereinafter referred to as “first vertical distance”) is as follows: It is larger than 13.5% of the vertical distance (hereinafter referred to as “second vertical distance”) and smaller than 23.5%.
ここで、αは前記第1垂直距離であり、Lprは前記第2垂直距離である。 Here, α is the first vertical distance, and Lpr is the second vertical distance.
望ましい実施例において、前記第4弧の中心角は、下記の数5のように、1つのポールピースを間に置いた2つのポールピースの第1弧を連結する仮想弧の中心角(以下、「基準角」とする。)の40%よりは大きく、50%よりは小さい。
In a preferred embodiment, the fourth arc central angle, as the number 5 below, the central angle of the virtual arc connecting the two first arc of a pole piece placed between one pole piece (hereinafter, It is larger than 40% and smaller than 50%.
ここで、βは前記第4弧の中心角であり、Npは前記ポールピースの個数である。
望ましい実施例において、前記第1図形で前記第1弧及び第2弧を連結する線は、前記第1図形の中心部に向かって凹んだ曲線(以下、「凹曲線」とする。)である。
Here, β is the central angle of the fourth arc, and Np is the number of the pole pieces.
In a preferred embodiment, a line connecting the first arc and the second arc in the first graphic is a curved line (hereinafter referred to as a “concave curve”) that is recessed toward the center of the first graphic. .
望ましい実施例において、前記凹曲線の両端を連結する仮想線分(以下、「第1仮想線分」とする。)の2等分位置から垂直方向に前記凹曲線までの長さ(以下、「凹長さ」とする。)は、前記凹曲線の前記第1弧側の一端から前記第4弧に垂直方向に連結される仮想線分(以下、「第2仮想線分」とする。)の2等分位置から垂直方向に前記第1弧の2等分位置と前記第4弧の2等分位置を連結する仮想線分(以下、「第3仮想線分」とする。)までの長さの30%よりは大きく、40%よりは小さい。 In a preferred embodiment, a length (hereinafter, referred to as “a first virtual line segment”) from a bisection position of a virtual line segment that connects both ends of the concave curve to the concave curve in a vertical direction. Is a virtual line segment (hereinafter referred to as a “second virtual line segment”) that is vertically connected to the fourth arc from one end on the first arc side of the concave curve. To a virtual line segment (hereinafter referred to as a “third virtual line segment”) connecting the bisecting position of the first arc and the bisecting position of the fourth arc in the vertical direction. It is greater than 30% of the length and less than 40%.
望ましい実施例において、前記凹長さは、下記の数6によって計算される。 In a preferred embodiment, the concave length is calculated according to Equation 6 below.
ここで、Dpiは前記第4弧の内径であり、Dpoは前記第1弧の内径であり、Npはポールピースの個数である。 Here, Dpi is the inner diameter of the fourth arc, Dpo is the inner diameter of the first arc, and Np is the number of pole pieces.
なお、本発明は、前記マグネチックギアを少なくとも2つ含み、前記マグネチックギアのうち、第1マグネチックギアの出力側ローターは、第2マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギアをさらに提供する。 The present invention includes at least two of the magnetic gears, and of the magnetic gears, the output-side rotor of the first magnetic gear is directly connected to the input-side rotor of the second magnetic gear. Further providing a multiple type magnetic gear.
なお、本発明は、前記マグネチックギアと、前記マグネチックギアの内側ローターの外側に離隔されて備えられ、複数のポールピースを有する少なくとも1つの内部ポールピースモジュールと、前記内部ポールピースモジュールと前記マグネチックギアのポールピースモジュールとの間に備えられる少なくとも1つの中間ローターと、を含むことを特徴とするマルチレイヤータイプのマグネチックギアをさらに提供する。 The present invention provides the magnetic gear, at least one internal pole piece module having a plurality of pole pieces, which is provided separately from the inner rotor of the magnetic gear, the internal pole piece module, and the There is further provided a multi-layer type magnetic gear characterized by including at least one intermediate rotor provided between the pole piece module of the magnetic gear.
なお、本発明は、入力側ローターと、前記入力側ローターの回転軸の延長上に前記入力側ローターと離隔されて備えられる出力側ローターと、前記入力側ローター及び前記出力側ローターの外側で前記入力側ローター及び前記出力側ローターを囲み、回転軸に放射状に位置する複数のポールピースを有し、前記入力側ローターの磁力を前記出力側ローターに伝達するポールピースモジュールと、を含み、前記入力側ローター及び前記出力側ローターは、前記ポールピースモジュールの内側に共に位置し、前記ポールピースモジュールとは互いに離隔されて位置することを特徴とするマグネチックギアをさらに提供する。 The present invention includes an input-side rotor, an output-side rotor provided on an extension of a rotation shaft of the input-side rotor and spaced apart from the input-side rotor, and outside the input-side rotor and the output-side rotor. A pole piece module that surrounds the input side rotor and the output side rotor and has a plurality of pole pieces radially positioned on a rotation axis, and transmits the magnetic force of the input side rotor to the output side rotor, and the input The side rotor and the output side rotor may be located inside the pole piece module, and may be spaced apart from the pole piece module.
望ましい実施例において、前記ポールピースモジュールは、前記ポールピースが回転軸に対して放射状を維持するように支持するポールピースモジュール支持部材を含み、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の一側内部に固定され、内輪は前記入力側ローターの入力軸に固定され、前記入力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする入力軸支持ベアリングと、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の他側内部に固定され、内輪は前記出力側ローターの出力軸に固定され、前記出力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする出力軸支持ベアリングと、前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が回転軸上で支持されるように、前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が互いに摺動しながら回転させるローター連結ベアリングと、をさらに含む。 In a preferred embodiment, the pole piece module includes a pole piece module support member that supports the pole piece so as to maintain a radial shape with respect to a rotation axis, and an outer ring is fixed inside one side of the pole piece module support member. The inner ring is fixed to the input shaft of the input-side rotor, the input-side rotor is rotated while being separated from the pole piece module, and the outer ring is a member other than the pole piece module supporting member. The inner ring is fixed to the output shaft of the output-side rotor, the output-side rotor is rotated while being separated from the pole piece module, and the output of the input-side rotor So that the shaft and the input shaft of the output side rotor are supported on the rotating shaft. Further comprising a rotor coupled bearings input shaft of the output side rotor and the output shaft of the power-side rotor rotates while sliding together, a.
なお、本発明は、前記マグネチックギアを少なくとも2つ含み、前記マグネチックギアのうち、第1マグネチックギアの出力側ローターは、第2マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギアをさらに提供する。 The present invention includes at least two of the magnetic gears, and of the magnetic gears, the output-side rotor of the first magnetic gear is directly connected to the input-side rotor of the second magnetic gear. Further providing a multiple type magnetic gear.
本発明は、次のような優れた効果を有する。 The present invention has the following excellent effects.
本発明のマグネチックギアによると、ポールピースの断面形状に関する変数α、β、γを限定して空隙に磁束を集中させることができ、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くすることにより、動力伝達率と信頼性を向上させることができる効果がある。 According to the magnetic gear of the present invention, it is possible to concentrate the magnetic flux in the gap by limiting the variables α, β, and γ related to the cross-sectional shape of the pole piece, thereby improving the torque transmission and lowering the torque ripple. There is an effect that the transmission rate and the reliability can be improved.
なお、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギアによると、2つのマグネチックギアを直結して小さな体積でも大きなトルク比を提供することができる効果がある。 In addition, according to the multiple type magnetic gear of the present invention, it is possible to provide a large torque ratio even with a small volume by directly connecting two magnetic gears.
なお、本発明のマルチレイヤータイプのマグネチックギアによると、外側ローターと内側ローターとの間に中間ローターを挿入して少ない個数の磁石を用いて大きなトルク比を提供することができる効果がある。 In addition, according to the multilayer type magnetic gear of the present invention, there is an effect that a large torque ratio can be provided using a small number of magnets by inserting an intermediate rotor between the outer rotor and the inner rotor.
(第1の実施例)
本発明で使用された用語は現在広く使われている一般的なものを選択したが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあるので、この場合には、単純な用語の名称でない発明の詳細な説明部分に記載された意味を考慮して、その意味が把握されなければならない。
(First embodiment)
The terminology used in the present invention has been selected from general ones that are widely used at present. However, in some cases, the term is arbitrarily selected by the applicant, and in this case, it is not a simple term name. In view of the meaning described in the detailed description of the invention, its meaning must be understood.
以下、添付の図面及び実施例らを参照して本発明の技術的構成を詳細に説明する。 Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.
しかしながら、本発明は、これらの実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。 However, the present invention is not limited to these examples, and may be embodied in other forms.
図4を参照すると、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100は、外側ローター110、前記外側ローター110の内側に前記外側ローター110と離隔されて備えられる内側ローター120及び前記外側ローター110と前記内側ローター120との間に、前記外側ローター110と前記内側ローター120にそれぞれ離隔されて備えられるポールピースモジュール130を含んでなる。 Referring to FIG. 4, the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention includes an outer rotor 110, an inner rotor 120 provided inside the outer rotor 110 and spaced apart from the outer rotor 110, and the outer rotor. A pole piece module 130 is provided between the outer rotor 110 and the inner rotor 120 and spaced apart between the outer rotor 110 and the inner rotor 120.
なお、前記ポールピースモジュール130が固定されている場合、前記外側ローター110と前記内側ローター120は、互いに異なる方向に回転し、前記外側ローター110から前記内側ローター120に、又は前記内側ローター120から前記外側ローター110に回転力を伝達する。 In addition, when the pole piece module 130 is fixed, the outer rotor 110 and the inner rotor 120 rotate in different directions, and the outer rotor 110 to the inner rotor 120 or the inner rotor 120 to the A rotational force is transmitted to the outer rotor 110.
しかしながら、前記外側ローター110と前記内側ローター120のうち、いずれかのローターが固定される場合、前記ポールピースモジュール130と固定されていないもう1つのローターが回転しながら動力を伝達することができる。 However, when any one of the outer rotor 110 and the inner rotor 120 is fixed, the other rotor not fixed to the pole piece module 130 can transmit power while rotating.
この場合、前記ポールピースモジュール130と回転するローターの回転方向は同一である。 In this case, the rotation direction of the rotating rotor is the same as that of the pole piece module 130.
なお、図4では、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100は、例えば円筒回転型のマグネチックギアであるが、円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型で製作が可能である(例えば、特許文献1の円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型の形態を参照することができる。)。 In FIG. 4, the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention is, for example, a cylindrical rotating magnetic gear, but can be manufactured as a disk rotating type, a flat plate linear type, or a cylindrical linear type. (For example, refer to the disk rotation type, flat plate linear type, and cylindrical linear type in Patent Document 1).
なお、前記外側ローター110は、外側回転子111と前記外側回転子111の内側に双極子を成し付着される複数の磁石112を含み、前記内側ローター120は、内側回転子121と前記内側回転子121の外側に双極子を成し付着される複数の磁石122を含んでなる。 The outer rotor 110 includes an outer rotor 111 and a plurality of magnets 112 attached to the inner side of the outer rotor 111. The inner rotor 120 includes the inner rotor 121 and the inner rotor. It comprises a plurality of magnets 122 that form dipoles attached to the outside of the child 121.
なお、前記ポールピースモジュール130は、回転軸cに対して放射状に互いに離隔された複数のポールピース131を含んでなる。 The pole piece module 130 includes a plurality of pole pieces 131 that are radially separated from each other with respect to the rotation axis c.
なお、前記ポールピース131は、磁極片とも言い、磁性体として前記外側ローター110から前記内側ローター120に、又は前記内側ローター120から前記外側ローター110に磁束を伝達する役割をする。 The pole piece 131 is also called a magnetic pole piece, and serves as a magnetic body to transmit magnetic flux from the outer rotor 110 to the inner rotor 120 or from the inner rotor 120 to the outer rotor 110.
なお、前記ポールピース131は、ポールピース131間及びポールピース131と前記ローター110、120の磁石間を互いに離隔されるように維持する支持部材によって固定される。 The pole pieces 131 are fixed by support members that maintain the pole pieces 131 and the pole pieces 131 and the magnets of the rotors 110 and 120 so as to be separated from each other.
なお、前記ポールピース131の個数は、上述した数4によって決定され、ギア比は、上述した数5の通りである。 In addition, the number of the pole pieces 131 is determined by the above-described equation 4, and the gear ratio is as in the above-described equation 5.
なお、前記ポールピース131と前記外側ローター110の磁石112間には外側空隙a1(outer airgap)が存在し、前記ポールピース131と前記内側ローター120の磁石122との間には内側空隙a2(inner airgap)が存在する。 An outer air gap a1 (outer air gap) exists between the pole piece 131 and the magnet 112 of the outer rotor 110, and an inner air gap a2 (inner air gap) exists between the pole piece 131 and the magnet 122 of the inner rotor 120. airgap) exists.
なお、このような空隙a1、a2は、磁気回路において抵抗の役割をするものであって、磁束が集中される。 Such air gaps a1 and a2 serve as a resistance in the magnetic circuit, and the magnetic flux is concentrated.
以下では、図5を参照して前記ポールピース131の形状を詳細に説明する。 Hereinafter, the shape of the pole piece 131 will be described in detail with reference to FIG.
図5を参照すると、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100のポールピース131は、回転軸cと平行なバー形状であり、その垂直断面は第1図形131aと第2図形131bが平面上で結合した形状を有する。 Referring to FIG. 5, the pole piece 131 of the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention has a bar shape parallel to the rotation axis c, and the vertical cross sections thereof are the first figure 131a and the second figure 131b. Have a shape combined on a plane.
なお、前記第1図形131aは、曲線の第1弧(arc)131aa、前記第1弧131aaと中心cの位置及び中心角θ1は同一であり、内径d2が前記第1弧131aaの内径d1よりも小さい第2弧131ab、前記第1弧131aaと前記第2弧131abの各一端を連結する線131ac及び前記第1弧131aaと前記第2弧131abの各他端を連結する線131adで囲まれた平面図形である。つまり、前記第2弧131abの内径半径(d2/2)は、前記第1弧131aaの内径半径(d1/2)よりも小さく、曲率は互いに同一であり、中心cの位置は回転軸cの位置と互いに一致する。 The first figure 131a has a curved first arc (arc) 131aa, the position of the first arc 131aa and the center c and the central angle θ1 are the same, and the inner diameter d2 is greater than the inner diameter d1 of the first arc 131aa. A smaller second arc 131ab, a line 131ac connecting each end of the first arc 131aa and the second arc 131ab, and a line 131ad connecting the other end of the first arc 131aa and the second arc 131ab. It is a flat figure. In other words, the inner radius (d2 / 2) of the second arc 131ab is smaller than the inner radius (d1 / 2) of the first arc 131aa, the curvatures are the same, and the position of the center c is at the rotational axis c. The position matches each other.
なお、前記第1弧131aaと前記第2弧131abを連結する線131ac、131adは、前記第1図形131aの中心部に向かって凹んだ曲線(以下、「凹曲線」とする。)であることが望ましい。 The lines 131ac and 131ad connecting the first arc 131aa and the second arc 131ab are concave curves (hereinafter referred to as “concave curves”) toward the center of the first graphic 131a. Is desirable.
なお、前記第2図形131bは、前記第2弧131abと中心cの位置及び内径d2は同一であり、中心角θ2は前記第2弧131abの中心角θ1よりも大きい第3弧131ba、前記第3弧131baと中心cの位置及び中心角θ2の大きさは同一であり、内径d3は前記第3弧131baの内径d2よりも小さい第4弧131bb、前記第3弧131baと前記第4弧131bbの各一端を連結する線131bd及び前記第3弧131baと前記第4弧131bbの各他端を連結する線131bcで囲まれた平面図形である。
つまり、前記第2弧131abと前記第3弧131baの内径半径d2/2は、互いに同一であり、前記第3弧131baの内径半径d2/2は、前記第4弧131bbの内径半径d3/2よりも大きい。
The second graphic 131b has the same position and inner diameter d2 as the second arc 131ab and the center c, and the central angle θ2 is larger than the central angle θ1 of the second arc 131ab. The positions of the three arcs 131ba and the center c and the size of the central angle θ2 are the same, and the inner diameter d3 is smaller than the inner diameter d2 of the third arc 131ba, the fourth arc 131bb, the third arc 131ba, and the fourth arc 131bb. And a line 131bd connecting the other ends of the third arc 131ba and the line 131bc connecting the other ends of the fourth arc 131bb.
That is, the inner radius d2 / 2 of the second arc 131ab and the third arc 131ba is the same, and the inner radius d2 / 2 of the third arc 131ba is equal to the inner radius d3 / 2 of the fourth arc 131bb. Bigger than.
なお、前記第3弧131baと前記第4弧131bbの各端を連結する線131bc、131bdは直線であることが望ましい。 It is preferable that the lines 131bc and 131bd connecting the ends of the third arc 131ba and the fourth arc 131bb are straight lines.
なお、前記第1図形131aと前記第2図形131bは、前記第2弧131abの2等分位置c1と前記第3弧131baの2等分位置c1が互いに重なるように平面上で結合して前記ポールピース131の断面形状をなす。 The first graphic 131a and the second graphic 131b are coupled on a plane so that the bisecting position c1 of the second arc 131ab and the bisecting position c1 of the third arc 131ba overlap each other. The pole piece 131 has a cross-sectional shape.
図6〜図8は、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を決定する変数を説明するためのものであり、前記ポールピース131の形態を決定する変数は大きく分けて3つがある。 6 to 8 are for explaining variables for determining the form of the pole piece of the magnetic gear according to the first embodiment of the present invention. The variable for determining the form of the pole piece 131 is large. There are three.
先ず、図6を参照すると、第1の変数は、前記第3弧131baと前記第4弧131bbにそれぞれ垂直である直線の距離α(以下「第1垂直距離」とする。)である。
なお、前記第1垂直距離αは、前記第4弧131bbと前記第1弧131aaに各それぞれ垂直である直線の距離Lpr(以下「第2垂直距離」とする。)の13.5%よりは大きく、23.5%よりは小さい。
First, referring to FIG. 6, the first variable is a distance α (hereinafter referred to as “first vertical distance”) of straight lines perpendicular to the third arc 131ba and the fourth arc 131bb.
The first vertical distance α is more than 13.5% of the distance Lpr (hereinafter referred to as “second vertical distance”) of straight lines perpendicular to the fourth arc 131bb and the first arc 131aa, respectively. Larger than 23.5%.
つまり、前記第1垂直距離αは、数4を満足するように設計される。 That is, the first vertical distance α is designed so as to satisfy Equation 4.
次に、図7を参照すると、第2の変数は、前記第4弧131bbの中心角βである。
なお、前記第4弧131bbの中心角βは、1つのポールピース131を間に置いた2つのポールピース131’、131”の第1弧131’aa、131”aaの向かい合う端部を連結する仮想弧の中心角β’(以下「基準角」とする。)の40%よりは大きく、50%よりは小さい。
Next, referring to FIG. 7, the second variable is the central angle β of the fourth arc 131bb.
The central angle β of the fourth arc 131bb connects the opposite ends of the first arcs 131′aa and 131 ″ aa of the two pole pieces 131 ′ and 131 ″ with the one pole piece 131 in between. It is larger than 40% and smaller than 50% of the central angle β ′ (hereinafter referred to as “reference angle”) of the virtual arc.
つまり、前記第4弧131bbの中心角βは、数5のように基準角β’の40%〜50%の範囲内の角度で設計される。 That is, the central angle β of the fourth arc 131bb is designed to be an angle within the range of 40% to 50% of the reference angle β ′ as shown in Equation 5.
ここで、Npは前記ポールピースの個数である。 Here, Np is the number of the pole pieces.
以下、図8を参照すると、第3の変数は、いずれかの凹曲線131acの両端を連結する仮想線分l1、(以下「第1仮想線分」とする。)の2等分位置c2から垂直方向に前記のいずれかの凹曲線131acまでの長さγ(以下「凹長さ」とする。)である。 Hereinafter, with reference to FIG. 8, the third variable is from the bisector position c2 of the imaginary line segment l1 (hereinafter referred to as “first imaginary line segment”) connecting both ends of any one of the concave curves 131ac. It is a length γ (hereinafter referred to as “concave length”) up to any one of the concave curves 131ac in the vertical direction.
なお、前記凹部長さγは、前記のいずれかの凹曲線131acの前記第1弧131aa側の一端131ac’から前記第4弧131bbに垂直に連結される仮想線分l2(以下「第2仮想線分」とする。)の2等分位置c3から垂直方向に前記第1弧131aaの2等分位置c4と前記第4弧131bbの2等分位置c5を連結する仮想線分l3(以下「第3仮想線分」とする。)までの長さγ’(以下「基準長さ」とする。)の30%よりは大きく、40%よりは小さい。 The concave portion length γ is an imaginary line segment l2 (hereinafter referred to as “second imaginary second line”) that is perpendicularly connected to the fourth arc 131bb from one end 131ac ′ on the first arc 131aa side of any one of the concave curves 131ac. Imaginary line segment l3 (hereinafter referred to as “line segment”) connecting the bisector position c4 of the first arc 131aa and the bisector position c5 of the fourth arc 131bb in a vertical direction from the bisector position c3. It is larger than 30% and smaller than 40% of the length γ ′ (hereinafter referred to as “reference length”).
つまり、前記凹部長さγは、数6のように、前記基準長さγ’の30%〜40%の範囲内で設計される。 That is, the recess length γ is designed within a range of 30% to 40% of the reference length γ ′ as shown in Equation 6.
ここで、Dpiは前記第4弧131bbの内径d3であり、Dpoは前記第1弧131aaの内径d1であり、Npは前記ポールピース131の個数である。 Here, Dpi is the inner diameter d3 of the fourth arc 131bb, Dpo is the inner diameter d1 of the first arc 131aa, and Np is the number of the pole pieces 131.
なお、数6で分母は前記基準長さγ’を意味するものであり、原点cを中心にする直角座標系上で前記第1仮想線分l3をx軸にして点c5及びc4を通る直線と点c3及びc6を通る直線の交点のy軸座標値を計算するための式である。しかしながら、前記基準長さγ’は様々な方法で計算することができる。 In Equation 6, the denominator means the reference length γ ′, and a straight line passing through the points c5 and c4 with the first virtual line segment l3 as the x-axis on a rectangular coordinate system centered on the origin c. And the y-axis coordinate value of the intersection of the straight lines passing through the points c3 and c6. However, the reference length γ 'can be calculated by various methods.
図9は、従来のマグネチックギアと本発明の第1の実施例に係るマグネチックギアの磁束線図を示すものであり、10_fluxは、従来のマグネチックギア10の磁束線図、100_fluxは、本発明のマグネチックギア100の磁束線図を示すものである。 FIG. 9 is a magnetic flux diagram of the conventional magnetic gear and the magnetic gear according to the first embodiment of the present invention. 10_flux is the magnetic flux diagram of the conventional magnetic gear 10, and 100_flux is The magnetic flux diagram of the magnetic gear 100 of this invention is shown.
なお、本発明のマグネチックギア100は、変数αを6mm、βを0.5deg、γを1.43mmに決定して設計した。 The magnetic gear 100 of the present invention was designed by determining the variable α as 6 mm, β as 0.5 deg, and γ as 1.43 mm.
図9を参照すると、従来のマグネチックギア10の磁束線図10_fluxより、本発明のマグネチックギア100の磁束線図100_fluxの密度がより高いことが分かる。 Referring to FIG. 9, it can be seen that the density of the magnetic flux diagram 100_flux of the magnetic gear 100 of the present invention is higher than the magnetic flux diagram 10_flux of the conventional magnetic gear 10.
図10は、従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の内側空隙a2の磁束密度を比較するためのグラフであり、従来のマグネチックギア10の内側空隙磁束密度(Conventional Model Inner Airgap)は、最大値が1.6Tであるが、本発明のマグネチックギア100の内側空隙磁束密度(Optimal Model Inner Airgap)は、最大値が1.78Tであって、0.16Tが上昇したことを確認した。 FIG. 10 is a graph for comparing the magnetic flux density of the inner gap a2 of the conventional magnetic gear 10 and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention. The magnetic flux density (Conventional Model Inner Airgap) has a maximum value of 1.6 T. However, the inner gap magnetic flux density (Optical Model Inner Airgap) of the magnetic gear 100 of the present invention has a maximum value of 1.78 T. It was confirmed that 0.16T was increased.
図11は、従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の外側空隙の磁束密度を比較するためのグラフであり、従来のマグネチックギア10の外側空隙磁束密度(Conventional Model Outer Airgap)は、最大値が0.79Tであるが、本発明のマグネチックギア100の外側空隙磁束密度(Optimal Model Outer Airgap)は、最大値が0.83Tであって、0.04Tが上昇したことを確認した。 FIG. 11 is a graph for comparing the magnetic flux density of the outer gap between the conventional magnetic gear 10 and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention. The maximum value of the density (Conventional Model Outer Airgap) is 0.79 T, but the outer gap magnetic flux density (Optical Model Outer Airgap) of the magnetic gear 100 of the present invention is 0. 83 T, and the maximum value is 0. Confirmed that .04T rose.
図12は、従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の内側ローターのトルクを比較するためのグラフ(トルク−角度曲線)であり、本発明のマグネチックギア100の内側ロータートルク(Inner Torque_Optimal Model)の最大値が18.97Nmであって、従来のマグネチックギア10の内側ロータートルク(Inner Torque_Basic Model)の最大値18.47Nmより0.5Nm増加したことが分かる。 FIG. 12 is a graph (torque-angle curve) for comparing the torque of the inner rotor of the conventional magnetic gear 10 and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention. The maximum value of the inner rotor torque (Inner Torque_Optical Model) of the gear 100 is 18.97 Nm, which is increased by 0.5 Nm from the maximum value of the inner rotor torque (Inner Torque_Basic Model) of the conventional magnetic gear 10, which is 18.47 Nm. I understand.
図13は、従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の外側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明の一実施例に係るマグネチックギア100の外側ロータートルク(Outer Torque_Optimal Model)の最大値が196.81Nmであって、従来のマグネチックギア10の外側ロータートルク(Outer Torque_Basic Model)の最大値190.99Nmより5.82Nm増加したことが分かる。 FIG. 13 is a graph for comparing the torques of the outer rotor of the conventional magnetic gear 10 and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention, and the magnetic gear according to one embodiment of the present invention. The maximum value of 100 outer rotor torques (Outer Torque_Optical Model) is 196.81 Nm, which is 5.82 Nm higher than the maximum value 199.99 Nm of the outer rotor torque (Outer Torque_Basic Model) of the conventional magnetic gear 10. I understand.
図14は、定常状態での従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の定常状態での内側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明のマグネチックギア100のトルク波形は18.6939Nmであって、従来のマグネチックギア10のトルク波形18.16Nmより増加したことが分かり、トルクリップルの場合、3.75%から0.90%に低減されてトルクリップルも非常に優れたことを確認した。 FIG. 14 is a graph for comparing the torque of the inner rotor in the steady state between the conventional magnetic gear 10 in the steady state and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention. The torque waveform of the magnetic gear 100 is 18.6939 Nm, which is increased from the torque waveform 18.16 Nm of the conventional magnetic gear 10, and in the case of torque ripple, it is reduced from 3.75% to 0.90%. It was confirmed that the torque ripple was also very good.
図15は、定常状態での従来のマグネチックギア10と本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100の外側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明のマグネチックギア100のトルク波形は196.07Nmであって、従来のマグネチックギア10のトルク波形190.52Nmより増加したことが分かり、トルクリップルの場合、0.06%から0.11%に小幅増加したが、内側ローターのトルクリップルを含んだ全体的なトルクリップルは低減したことが分かる。 FIG. 15 is a graph for comparing the torque of the outer rotor of the conventional magnetic gear 10 in a steady state and the magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention, and shows the magnetic gear 100 of the present invention. The torque waveform of 196.07 Nm was found to have increased from the torque waveform 190.52 Nm of the conventional magnetic gear 10, and in the case of torque ripple, it increased slightly from 0.06% to 0.11%. It can be seen that the overall torque ripple, including the torque ripple of the inner rotor, has been reduced.
これは、市販の電動機のリップル率が5%以下であることを勘案すれば非常に小さいリップル率を有していることが分かる。
(第2の実施例)
図16は、本発明の第2の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。
It can be seen that this has a very small ripple rate considering that the ripple rate of a commercially available motor is 5% or less.
(Second embodiment)
FIG. 16 is a view for explaining a multiple type magnetic gear according to the second embodiment of the present invention.
図16を参照すると、本発明の第2の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア200は、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100が複数直結連結された形態である。 Referring to FIG. 16, a multiple-type magnetic gear 200 according to the second embodiment of the present invention has a form in which a plurality of magnetic gears 100 according to the first embodiment of the present invention are directly connected.
なお、図16では、2つのマグネチックギア100、100’が直結されたデュアルタイプのマグネチックギアを示したが、3つ以上のマグネチックギアを直結して構成することができる。 FIG. 16 shows a dual type magnetic gear in which two magnetic gears 100 and 100 ′ are directly connected, but three or more magnetic gears can be directly connected.
なお、デュアルタイプの場合、第1マグネチックギア100の出力側110aが第2マグネチックギア110’の入力側130’aに連結される。
なお、前記第1マグネチックギア100から前記第2マグネチックギア100’に動力が伝達される場合には減速機として、前記第2マグネチックギア100’から前記第1マグネチックギア100に動力が伝達される場合には加速器として作動する。
In the case of the dual type, the output side 110a of the first magnetic gear 100 is connected to the input side 130′a of the second magnetic gear 110 ′.
When power is transmitted from the first magnetic gear 100 to the second magnetic gear 100 ′, power is transmitted from the second magnetic gear 100 ′ to the first magnetic gear 100 as a speed reducer. Acts as an accelerator when transmitted.
なお、前記第1マグネチックギア100の内側ローター130と外側ローター110のギア比が1:10であり、前記第2マグネチックギア100’の内側ローター130’と外側ローター110’のギア比が1:10である場合、全体ギア比は1:100となり、トルク比も1:100となる。 The gear ratio between the inner rotor 130 and the outer rotor 110 of the first magnetic gear 100 is 1:10, and the gear ratio between the inner rotor 130 ′ and the outer rotor 110 ′ of the second magnetic gear 100 ′ is 1. : 10, the overall gear ratio is 1: 100, and the torque ratio is 1: 100.
つまり、従来のマグネチックギア10を1:100のトルク比を有するように設計しようとする場合、外側ローターの双極子の数が内側ローターの双極子の数より100倍多くなければならないので、大型化を避けることができないが、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギア200は、2つのマグネチックギアを用いて小型で且つ高トルク比を実現できるという利点がある。
(第3の実施例)
図17は、本発明の第3の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアを説明するための図であり、図18は、本発明の第3の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアの断面を示す図である。
In other words, when the conventional magnetic gear 10 is designed to have a torque ratio of 1: 100, the number of dipoles of the outer rotor must be 100 times larger than the number of dipoles of the inner rotor. However, the multiple-type magnetic gear 200 of the present invention has the advantage of being small in size and capable of realizing a high torque ratio using two magnetic gears.
(Third embodiment)
FIG. 17 is a view for explaining a multi-layer type magnetic gear according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a multi-layer type magnetic gear according to the third embodiment of the present invention. It is a figure which shows the cross section of a gear.
図17及び図18を参照すると、本発明の第3の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア300は、本発明の第1の実施例に係るマグネチックギア100に内部ポールピースモジュール310及び中間ローター320を含んで構成される。
なお、前記内部ポールピースモジュール310と前記中間ローター320の個数には制限がなく、所望のギア比に応じて設計者が任意の個数で構成することができる。但し、前記内部ポールピースモジュール310と前記中間ローター320は、一対で互いに個数が同一でなければならない。
17 and 18, a multiple type magnetic gear 300 according to the third embodiment of the present invention includes an internal pole piece module 310 and an intermediate magnetic gear 100 according to the first embodiment of the present invention. A rotor 320 is included.
The number of the internal pole piece module 310 and the intermediate rotor 320 is not limited, and the designer can configure any number according to a desired gear ratio. However, the internal pole piece module 310 and the intermediate rotor 320 must be the same in number as a pair.
なお、前記内部ポールピースモジュール310は、前記マグネチックギア100の内側ローター120の外側に離隔されて備えられ、複数の内部ポールピース311を有する。 In addition, the internal pole piece module 310 is provided separately from the inner rotor 120 of the magnetic gear 100 and includes a plurality of internal pole pieces 311.
なお、前記内部ポールピース311の形態も前記ポールピース131の断面と同一に変数α、β、γを限定して設計することができる。 The form of the internal pole piece 311 can also be designed by limiting the variables α, β, and γ in the same manner as the cross section of the pole piece 131.
なお、前記中間ローター320は、前記内部ポールピースモジュール310と前記ポールピースモジュール130の間で前記内部ポールピースモジュール310及び前記ポールピースモジュール130とそれぞれ離隔されて備えられる。 The intermediate rotor 320 is provided between the inner pole piece module 310 and the pole piece module 130 so as to be separated from the inner pole piece module 310 and the pole piece module 130.
つまり、本発明の第3の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア200は、前記内側ローター120が回転すると、前記内部ポールピースモジュール311が前記中間ローター320に磁束を伝達し、前記中間ローター320の磁束は、前記ポールピースモジュール130により前記外側ローター110に伝達されて回転する形態である。 That is, in the multiple type magnetic gear 200 according to the third embodiment of the present invention, when the inner rotor 120 rotates, the inner pole piece module 311 transmits magnetic flux to the intermediate rotor 320, and the intermediate rotor 320 The magnetic flux is transmitted to the outer rotor 110 by the pole piece module 130 and rotates.
なお、前記内側ローター120から前記外側ローター110に向かって駆動力が伝達される場合には加速器として、前記外側ローター110から前記内側ローター120に向かって駆動力が伝達される場合には減速機として作動する。 The driving force is transmitted from the inner rotor 120 toward the outer rotor 110, and the driving force is transmitted from the outer rotor 110 toward the inner rotor 120. Operate.
したがって、本発明の第3の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア200によると、従来のマグネチックギア10が実現しようとするギア比を外側ローター110、中間ローター320及び内側ローター120が分担するため、従来のマグネチックギア10よりも磁石の極数比を少なくしながらも、所望のギア比を実現できる利点がある。
(第4の実施例)
図19及び図20を参照すると、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100は、入力側ローター110、前記入力側ローター110の回転軸cの延長線上に前記入力側ローター110と離隔されて備えられる出力側ローター120、前記入力側ローター110と前記出力側ローター120の外側を囲むポールピースモジュール130を含んでなる。
なお、前記入力側ローター110は、入力側回転子111と前記入力側回転子111の外側に回転軸cを中心に放射状に取り付けられる磁石112を含んで構成される。
Therefore, according to the multiple-type magnetic gear 200 according to the third embodiment of the present invention, the outer rotor 110, the intermediate rotor 320, and the inner rotor 120 share the gear ratio that the conventional magnetic gear 10 is to achieve. Therefore, there is an advantage that a desired gear ratio can be realized while reducing the pole number ratio of the magnet as compared with the conventional magnetic gear 10.
(Fourth embodiment)
Referring to FIGS. 19 and 20, the magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention is separated from the input-side rotor 110 on the input-side rotor 110 and an extension line of the rotation axis c of the input-side rotor 110. The output-side rotor 120, the input-side rotor 110, and the pole piece module 130 that surrounds the output-side rotor 120 are included.
The input-side rotor 110 includes an input-side rotor 111 and magnets 112 that are radially attached to the outside of the input-side rotor 111 around the rotation axis c.
なお、前記出力側ローター120は、出力側回転子121と前記出力側回転子121の外側に回転軸cを中心に放射状に取り付けられる磁石122を含む。 The output-side rotor 120 includes an output-side rotor 121 and magnets 122 that are radially attached to the outside of the output-side rotor 121 around the rotation axis c.
なお、前記マグネチックギア100のギア比は、前記の数5のように、前記入力側ローター110と前記出力側ローター120の双極子数の比で決定される。 Note that the gear ratio of the magnetic gear 100 is determined by the ratio of the number of dipoles of the input-side rotor 110 and the output-side rotor 120 as shown in Equation 5 above.
なお、前記ポールピースモジュール130は、前記入力側ローター110と前記出力側ローター120の外側で前記入力側ローター110と前記出力側ローター120を共に囲み、回転軸cに対して放射状に位置する複数のポールピース131を含む。 The pole piece module 130 surrounds the input side rotor 110 and the output side rotor 120 outside the input side rotor 110 and the output side rotor 120, and has a plurality of radial positions with respect to the rotation axis c. A pole piece 131 is included.
つまり、前記入力側ローター110と前記出力側ローター120は、前記ポールピースモジュール130の内側に共に位置する。 That is, the input side rotor 110 and the output side rotor 120 are located inside the pole piece module 130.
なお、前記ポールピースモジュール130は、前記入力側ローター110及び前記出力側ローター120とそれぞれ離隔されて位置する。 In addition, the pole piece module 130 is spaced apart from the input side rotor 110 and the output side rotor 120.
なお、前記ポールピースモジュール130は、前記入力側ローター110の回転によって発生する磁力を前記出力側ローター120に伝達して前記出力側ローター120が回転するようにする役割をする。 The pole piece module 130 transmits the magnetic force generated by the rotation of the input side rotor 110 to the output side rotor 120 so that the output side rotor 120 rotates.
なお、前記ポールピース131の個数は前記の数4を満足する。 The number of the pole pieces 131 satisfies the above formula 4.
なお、図19及び図20では、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100が円筒回転型のマグネチックギアであるが、円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型で製作が可能である(例えば、特許文献1の円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型の形態を参照することができる。)。 In FIGS. 19 and 20, the magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention is a cylindrical rotary type magnetic gear, but can be manufactured as a disc rotary type, a flat plate linear type, or a cylindrical linear type. It is possible (for example, reference can be made to the disk rotation type, flat plate linear type, and cylindrical linear type of Patent Document 1).
なお、図21を参照すると、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100は、前記ポールピース131を放射状の形態で維持するためのポールピースモジュール支持部材132と前記ローター110、120の回転軸を支持するための複数のベアリング140、150、160をさらに含んで構成される。 Referring to FIG. 21, a magnetic gear 100 according to a fourth embodiment of the present invention includes a pole piece module support member 132 for maintaining the pole piece 131 in a radial form, and the rotors 110 and 120. A plurality of bearings 140, 150, 160 for supporting the rotating shaft are further included.
なお、前記ポールピースモジュール支持部材132は、前記ポールピース131を放射状の位置に支持する役割をし、前記ポールピース131と共に前記ポールピースモジュール130を構成する。 The pole piece module support member 132 serves to support the pole piece 131 in a radial position, and constitutes the pole piece module 130 together with the pole piece 131.
つまり、前記ポールピースモジュール130は、前記ローター110、120の外部でハウジングの役割を兼ねることができる。 That is, the pole piece module 130 can also serve as a housing outside the rotors 110 and 120.
なお、前記ベアリング140、150、160は、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材132の一側内部に固定され、内輪は前記入力側ローター110の入力軸113に固定される入力軸支持ベアリング140、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材132の他側内部に固定され、内輪は前記出力側ローター120の出力軸123に固定され、前記出力側ローター120が前記ポールピースモジュール130から離隔されたまま回転するようにする出力軸支持ベアリング150及び前記入力側ローター110の出力軸114と前記出力側ローター120の入力軸124が回転軸c上で支持されるように連結し、前記入力側ローター110の出力軸114と前記出力側ローター120の入力軸124が互いに摺動しながら回転させるローター連結ベアリング160を含む。 The bearings 140, 150, and 160 have an outer ring fixed to one side inside the pole piece module support member 132, and an inner ring fixed to the input shaft 113 of the input side rotor 110. Is fixed inside the other side of the pole piece module support member 132, the inner ring is fixed to the output shaft 123 of the output side rotor 120, and the output side rotor 120 rotates while being separated from the pole piece module 130. The output shaft support bearing 150 and the output shaft 114 of the input side rotor 110 and the input shaft 124 of the output side rotor 120 are connected so as to be supported on the rotation axis c, and the output shaft 114 of the input side rotor 110 is connected. And the input shaft 124 of the output-side rotor 120 are rotated while sliding relative to each other. That includes a rotor connecting bearing 160.
なお、前記出力軸支持ベアリング150と前記入力軸支持ベアリング140は、それぞれ回転軸cに垂直に作用する荷重を受けるラジアルベアリング(radial bearing)として備えられ、前記ローター連結ベアリング160は、回転軸cと平行な推力を受けるスラストベアリング(thrust bearing)として備えられる。 The output shaft support bearing 150 and the input shaft support bearing 140 are each provided as a radial bearing that receives a load acting perpendicularly to the rotation shaft c, and the rotor connection bearing 160 includes the rotation shaft c and the rotation shaft c. It is provided as a thrust bearing that receives parallel thrust.
つまり、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100は、従来のマグネチックギア10と比較して3つのベアリングだけが要求されるため、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を減らすことができる利点がある。 That is, since the magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention requires only three bearings as compared with the conventional magnetic gear 10, the reduction of the torque transmission rate due to the friction of the bearing is reduced. There is an advantage that can be.
なお、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100は、従来のマグネチックギア10と比較して、前記ローター110、120と前記ポールピースモジュール130との間に1つの空隙a4のみが必要であるので、構成が非常に簡単で製作が容易であり、製作コストを低減することができ、空隙の大きさの制御が容易である利点がある。 The magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention has only one gap a4 between the rotors 110 and 120 and the pole piece module 130 as compared with the conventional magnetic gear 10. Since it is necessary, the structure is very simple and easy to manufacture, the manufacturing cost can be reduced, and the size of the air gap can be easily controlled.
図22は、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100のポールピース130の断面の一例を示し、従来のマグネチックギア10のポールピース13aと比較して空隙に磁束を集中できる形態で製作される。 FIG. 22 shows an example of a cross section of the pole piece 130 of the magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention, in which the magnetic flux can be concentrated in the air gap as compared with the pole piece 13a of the conventional magnetic gear 10. Will be produced.
なお、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100のポールピース130は、図5〜図8で示した本発明の第1の実施例に係るポールピース130の形態と実質的に同じ形状を有することができる。
(第5の実施例)
図23は、本発明の第5の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。
The pole piece 130 of the magnetic gear 100 according to the fourth embodiment of the present invention is substantially the same as the pole piece 130 according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. Can have a shape.
(Fifth embodiment)
FIG. 23 is a view for explaining a multiple type magnetic gear according to the fifth embodiment of the present invention.
図23を参照すると、本発明の第5の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア200は、本発明の第4の実施例に係るマグネチックギア100が複数直結連結された形態である。 Referring to FIG. 23, a multiple-type magnetic gear 200 according to the fifth embodiment of the present invention has a form in which a plurality of magnetic gears 100 according to the fourth embodiment of the present invention are directly connected.
なお、図23では、2つのマグネチックギア100、100’が直結されたデュアルタイプのマグネチックギアを示したが、3つ以上のマグネチックギアを直結して構成することもできる。 In FIG. 23, a dual type magnetic gear in which two magnetic gears 100 and 100 'are directly connected is shown, but three or more magnetic gears may be directly connected.
なお、デュアルタイプの場合、第1マグネチックギア100の出力軸123が第2マグネチックギア110’の入力軸113’に連結される。 In the case of the dual type, the output shaft 123 of the first magnetic gear 100 is connected to the input shaft 113 'of the second magnetic gear 110'.
なお、前記第1マグネチックギア100から前記第2マグネチックギア100’に動力が伝達される場合には減速機として、前記第2マグネチックギア100’から前記第1マグネチックギア100に動力が伝達される場合には加速器として作動する。 When power is transmitted from the first magnetic gear 100 to the second magnetic gear 100 ′, power is transmitted from the second magnetic gear 100 ′ to the first magnetic gear 100 as a speed reducer. Acts as an accelerator when transmitted.
なお、前記第1マグネチックギア100の入力側ローター110と出力側ローター120のギア比が1:10であり、前記第2マグネチックギア100’の入力側ローター110’と出力側ローター120’のギア比が1:10である場合、全体ギア比は1:100となり、トルク比も1:100となる。 The gear ratio between the input side rotor 110 and the output side rotor 120 of the first magnetic gear 100 is 1:10, and the input side rotor 110 ′ and the output side rotor 120 ′ of the second magnetic gear 100 ′ have a gear ratio. When the gear ratio is 1:10, the overall gear ratio is 1: 100, and the torque ratio is 1: 100.
つまり、従来のマグネチックギア10を1:100のトルク比を有するように設計しようとする場合、外側ローターの双極子の数が内側ローターの双極子の数より100倍多くなければならないので、大型化を避けることができないが、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギア200は、2つのマグネチックギアを用いて小型で且つ高トルク比を実現できるという利点がある。 In other words, when the conventional magnetic gear 10 is designed to have a torque ratio of 1: 100, the number of dipoles of the outer rotor must be 100 times larger than the number of dipoles of the inner rotor. However, the multiple-type magnetic gear 200 of the present invention has the advantage of being small in size and capable of realizing a high torque ratio using two magnetic gears.
本発明のマグネチックギアは、車両、工作機械、工場設備などの非接触式回転動力が必要な様々な分野への適用が可能である。 The magnetic gear of the present invention can be applied to various fields such as vehicles, machine tools, factory facilities, etc. that require non-contact rotational power.
Claims (8)
前記各ポールピースの断面は、
第1弧(arc)、前記第1弧と中心の位置及び中心角は同一であり、内径は前記第1弧の内径よりも小さい第2弧及び前記第1弧と前記第2弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第1図形と、
前記第2弧と中心の位置及び内径は同一であり中心角は前記第2弧の中心角よりも大きい第3弧、前記第3弧と中心の位置と中心角は同一であり内径は前記第3弧の内径よりも小さい第4弧、及び第3弧と前記第4弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第2図形とが結合した形状を有し、
前記第2弧の2等分位置と前記第3弧の2等分位置は互いに重なるように結合した形状を有することを特徴とするマグネチックギア。 An inner rotor, an outer rotor provided apart from the inner rotor, and between the inner rotor and the outer rotor, the inner rotor to the outer rotor, or the outer rotor. A magnetic gear including a pole piece module including a plurality of pole pieces spaced apart from each other to transfer magnetic flux from the inner rotor to the inner rotor;
The cross section of each pole piece is
The first arc (arc), the first arc, the center position and the central angle are the same, and the inner diameter is smaller than the inner diameter of the first arc. The second arc and each end of the first arc and the second arc And a first figure surrounded by a line connecting the other ends,
The second arc has the same center position and inner diameter as the third arc, and the central angle is larger than the central angle of the second arc. The third arc and the center position and the central angle are the same, and the inner diameter is the first arc. A fourth arc smaller than the inner diameter of the three arcs, and a shape in which the third arc and a second figure surrounded by a line connecting each end and each other end of the fourth arc are combined,
The magnetic gear according to claim 2, wherein the bisected position of the second arc and the bisected position of the third arc are coupled so as to overlap each other.
のように、前記第2垂直距離の13.5%よりは大きく、23.5%よりは小さいことを特徴とする請求項1に記載のマグネチックギア。 The vertical distance between the fourth arc and the third arc (hereinafter referred to as “first vertical distance”) is:
The magnetic gear according to claim 1, wherein the magnetic gear is larger than 13.5% of the second vertical distance and smaller than 23.5%.
のように、1つのポールピースを間に置いた2つのポールピースの第1弧を連結する仮想弧の中心角(以下、「基準角」とする。)の40%よりは大きく、50%よりは小さいことを特徴とする請求項1に記載のマグネチックギア。 The central angle of the fourth arc is
As described above, the central angle (hereinafter referred to as “reference angle”) of the virtual arc connecting the first arcs of two pole pieces with one pole piece in between is larger than 40% and more than 50% The magnetic gear according to claim 1, wherein is small.
前記凹曲線の前記第1弧側の一端から前記第4弧に垂直方向に連結される仮想線分(以下、「第2仮想線分」とする。)の2等分位置から垂直方向に前記第1弧の2等分位置と前記第4弧の2等分位置を連結する仮想線分(以下、「第3仮想線分」とする。)までの長さの30%よりは大きく、40%よりは小さいことを特徴とする請求項4に記載のマグネチックギア。 A length (hereinafter referred to as “concave length”) from a bisector position of a virtual line segment connecting both ends of the concave curve (hereinafter referred to as “first virtual line segment”) to the concave curve in the vertical direction. )
The imaginary line segment (hereinafter referred to as “second imaginary line segment”) vertically connected to the fourth arc from one end of the concave curve on the first arc side in the vertical direction from the bisector position. Greater than 30% of the length to the imaginary line segment connecting the bisector position of the first arc and the bisector position of the fourth arc (hereinafter referred to as “third imaginary line segment”); The magnetic gear according to claim 4, wherein the magnetic gear is smaller than%.
によって計算されることを特徴とする請求項5に記載のマグネチックギア。 The concave length is
The magnetic gear according to claim 5, wherein the magnetic gear is calculated by:
前記マグネチックギアのうち、第1マグネチックギアの出力側ローターは、第2マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプの、請求項1〜6のいずれか1項に記載のマグネチックギア。 Including at least two magnetic gears,
7. The multiple type of the magnetic gear according to claim 1, wherein an output side rotor of a first magnetic gear is directly connected to an input side rotor of a second magnetic gear. Magnetic gear described in 1.
前記マグネチックギアの内側ローターの外側に離隔されて備えられ、複数のポールピースを有する少なくとも1つの内部ポールピースモジュールと、
前記内部ポールピースモジュールと前記マグネチックギアのポールピースモジュールとの間に備えられる少なくとも1つの中間ローターと、を含むことを特徴とするマルチレイヤータイプの、請求項1〜6のいずれか1項に記載のマグネチックギア。 With magnetic gear,
At least one internal pole piece module provided on the outside of the inner rotor of the magnetic gear and having a plurality of pole pieces;
The multi-layer type according to any one of claims 1 to 6, further comprising at least one intermediate rotor provided between the inner pole piece module and the magnetic gear pole piece module. The described magnetic gear.
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