JPH06241292A - 磁石式ボール遊星変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩耗の少ない鋼製のボールを使用して大きな
吸引力を利用し、給油等の保守を不要にするとともに伝
達効率を良くし、さらに低騒音で確実な変速をできるよ
うにした遊星変速装置を提供する。 【構成】 磁性体からなる固定太陽円盤１と駆動太陽円
盤２と従動太陽円盤３とを中心軸を一致させて平行に配
置し、前記各太陽円盤の間に複数の鋼ボール４ａ、４ｂ
を円環状に配列する。また駆動太陽円盤２の両側の鋼ボ
ール４ａ、４ｂはそれぞれリング板８ａ、８ｂに保持さ
せて両リング板をセパレータ１１で連結する。さらに固
定太陽円盤１と従動太陽円盤２のうち少なくとも一方に
鋼ボール４ａ、４ｂが入り込むリング溝１０、２１を設
け、駆動太陽円盤２における前記円環状の鋼ボール４
ａ、４ｂより内径位置に、半径方向に磁化されている永
久磁石リング１２を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気吸引力と磁気摩擦
力をうまく利用するために鋼ボールを使用して回転を変
速して伝達できるようにした磁石式ボール遊星変速装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歯車式遊星変速装置は機械技術の
飛躍的進歩に貢献したが、給油の問題、騒音振動の問題
等があり、精密機器に適合しなくなりつつある。このた
め近年の原動機等の高速化と制御技術の高度化にともな
い、歯車を使わない遊星変速装置の出現が強く期待され
るようになっている。歯車に代わる方式としては、摩擦
力を利用する以外に方法はないと考えられている。従
来、摩擦力は、ばね等の押し付け力によって発生させて
いたが、この方法では長期にわたる押し付け力の確保が
困難で実用化されるに至っていない。これに代わる方法
として、磁気吸引力を利用する方法が考えられ、磁気吸
引力の利用方法によっては、小型で十分な吸引力を発生
させることができると考えられている。

【０００３】このため磁石を使用した変速機として、円
筒状で磁性体の外輪内の中央に、磁性体の太陽ローラを
配置し、さらに太陽ローラと外輪の間に複数の磁石体か
らなる遊星ローラを配置し、遊星ローラを外輪と太陽ロ
ーラに線接触させるとともに磁着させ、それぞれの間の
回転の伝達を確実にして伝達トルクを向上させたものが
特開昭６３−２１０４４９号公報に開示されている。ま
た筒部を有する被伝達円盤の筒部内に動力伝達円盤を配
置し、前記筒部のテーパ内周面と動力伝達円盤のテーパ
外周面の間に複数のテーパ状の遊星ローラを配置し、遊
星ローラを磁力で被伝達円盤の筒部と動力伝達円盤の間
に押し込むことにより、動力伝達を向上させたものが、
特開平４−７８３５３号公報に開示されている。さら
に、リング状永久磁石の両側にそれぞれ内輪を配置し、
両内輪のそれぞれの外周に複数のボールベアリングを環
状に配置し、両側の環状のボールベアリングの外周に外
車を配置し、内車とボールベアリングと外車との間に磁
力を作用させて内車と外車との間で動力を伝達するよう
にしたものが特開平４−２９０６５３号公報に開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように磁石を使
用した遊星変速装置は各種あるものの、遊星変速装置を
構成する各部材に僅少の誤差があっても、大きな駆動損
失が発生したり、発生音や摩耗を生じ、磁石吸引力を十
分に利用することができなかった。そこで本発明は、摩
耗の少ない鋼製のボールを使用して大きな吸引力を利用
し、給油等の保守を不要にするとともに伝達効率を良く
し、さらに低騒音で確実な変速をできるようにした遊星
変速装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成した磁石式ボール遊星変速装置である。それは、磁性
体からなる固定太陽円盤と、駆動軸に回転されるように
した磁性体からなる駆動太陽円盤と、従動軸が連結され
た磁性体からなる従動太陽円盤とをその順番に中心軸を
一致させて平行に配置する。固定太陽円盤と駆動太陽円
盤との間に複数の鋼ボールを円環状に配列するととも
に、駆動太陽円盤と従動太陽円盤との間に複数の鋼ボー
ルを円環状に配列し、前記の両方の円環状の鋼ボールを
それぞれ非磁性のリング板に回転可能に保持させるとと
もに、両方のリング板を非磁性のセパレータで連結す
る。また、固定太陽円盤と従動太陽円盤のうち少なくと
も一方に円環状配列の鋼ボールが入り込むリング溝を設
け、駆動太陽円盤における前記円環状の鋼ボールより内
径位置に永久磁石リングを配置し、その永久磁石リング
は半径方向に磁化されているものを使用した。鋼ボール
の磁石吸引力を増すためには、固定太陽円盤及び従動太
陽円盤の少なくとも一方に、半径方向若しくは軸方向に
磁化されたリング形永久磁石を設ければよい。また鋼ボ
ールが回転を変速して伝達できるように、固定太陽円盤
あるいは従動太陽円盤にリング溝を形成しているが、そ
の構成上、駆動軸と従動軸との間の変速比は−０．３〜
＋０．３にするのが望ましい。

【０００６】

【作用】上記の磁石式ボール遊星変速装置では、駆動軸
により駆動太陽円盤が回転されると、その両側の複数の
鋼ボールが回転される。この場合、両側の複数の鋼ボー
ルはそれぞれのリング板に保持されるとともに、両リン
グ板がセパレータで連結され、さらに鋼ボールが固定太
陽円盤か従動太陽円盤のリング溝に入り込んでいるの
で、駆動太陽円盤の回転速度より変速されて鋼ボールは
同方向に公転する。また鋼ボールの自転により、それと
接触している従動太陽円盤が逆方向に回動される。この
ように鋼ボールの自転と公転により、従動太陽円盤は変
速されそれに連結されている従動軸を変速回転させる。
このように駆動太陽円盤と鋼ボールと従動太陽円盤とが
回転される際に、駆動太陽円盤に設けられている永久磁
石リングによりその両側で、永久磁石リング−駆動太陽
円盤−両側の鋼ボール−固定太陽円盤或は従動太陽円盤
−円筒体−永久磁石リングへと磁気回路が形成され、鋼
ボールと駆動太陽円盤、固定太陽円盤及び従動太陽円盤
との間で磁力による磁気吸引力と磁気摩擦力を利用で
き、滑りを生じさせることなく効率よく回転を伝達し、
騒音や摩耗を生じさせることもない。

【０００７】

【実施例】本発明の磁石式ボール遊星変速装置の実施例
を図１、２により説明する。磁石式ボール遊星変速装置
は、それぞれ磁性体からなる固定太陽円盤１と駆動太陽
円盤２と従動太陽円盤３とを、その順番で中心軸線を一
致するようにして平行に配置し、駆動太陽円盤の両側に
それぞれ複数の鋼ボール４ａ、４ｂを円環状に配置して
駆動太陽円盤２の回転を変速させて従動太陽円盤３を回
転させるようになっている。なお鋼ボール４ａ、４ｂ
は、両者が同一直径でも異なる直径のものでもよく、精
度と硬度の高いものを使用する。駆動太陽円盤２の中央
孔内に磁性体からなる円筒体５が挿入され、その円筒体
５内に挿入された駆動軸６の回転により円筒体５を介し
て駆動太陽円盤２が回転されるようになっている。なお
駆動軸６は固定太陽円盤１の中央孔に設けた軸受７に回
転可能に保持されている。また従動太陽円盤３の中心孔
に従動軸９が連結されて両者が一体に回転するようにな
っている。

【０００８】駆動太陽円盤２の両側の複数の鋼ボール４
ａ、４ｂは、それぞれ非磁性のリング板８ａ、８ｂに回
転可能に保持され、両リング板８ａ、８ｂの外周部が円
筒状のセパレータ１１により連結されている。固定太陽
円盤１には環状配置の鋼ボール４ａが入り込むリング溝
１０が設けられ、そのリング溝１０は半径方向外側が内
側より浅く形成され、図１に示すようにリング溝１０の
入り口縁の内端と外端とに鋼ボール４ａが接触してその
２つの接触点を結ぶ線の延長が駆動軸６の回転中心と交
差する点は、リング板８ａの直径上の２つの鋼ボール４
ａの中心を結ぶ線と回転中心との交点と一致するように
構成し、鋼ボール４ａがリング溝１０の周縁との接触点
で滑らないようにしている。そしてリング溝１０と鋼ボ
ール４ａとの２つの接触点を結ぶ線の中央と鋼ボール４
ａの中心との間隔をｄ₁ とし、鋼ボール４ａの半径をｒ
とした場合に、駆動軸６と従動軸９との回転変速比が
（ｒ−ｄ₁ ）／２ｒとなるようにしている。

【０００９】また駆動太陽円盤２の環状配置の鋼ボール
相当位置より半径方向内側の位置に、永久磁石リング１
２を設ける。なお、その永久磁石リング１２は、例えば
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石であって、半径方向若しくは軸
方向に磁化されているものを使用し、永久磁石リング１
２−駆動太陽円盤２−鋼ボール４ａ或は鋼ボール４ｂ−
固定太陽円盤１或は従動太陽円盤３−円筒体５−永久磁
石リング１２へと磁気回路が形成されている。また駆動
太陽円盤２と円筒体５との連結部を補強するため永久磁
石リング１２の外側位置で駆動太陽円盤２と円筒体５と
を連結する非磁性の補強材１３が設けられる。永久磁石
リング１２−駆動太陽円盤２−鋼ボール４ａ或は鋼ボー
ル４ｂ−固定太陽円盤１或は従動太陽円盤３−円筒体５
−永久磁石リング１２への磁気回路の磁気を強めるた
め、従動太陽円盤３と固定太陽円盤１のそれぞれの内周
部、あるいは円筒体５の外周に永久磁石を設けてもよ
い。またリング溝１０を固定太陽円盤１に設ける代り
に、従動太陽円盤３に設けても変速させることが可能で
ある。

【００１０】上記のように構成した磁石式ボール遊星変
速装置は、次のようにして変速される。駆動軸６により
駆動太陽円盤２がＶの速度で回転されると、鋼ボール４
ａは（Ｖ／２）×（ｄ₁ ／ｒ）の速度で回転し、同時に
鋼ボール４ｂを同方向に同速で公転させる。他方、鋼ボ
ール４ｂの自転により、従動太陽円盤３をＶ／２の速度
で逆回転させるので、従動太陽円盤の実際の回転速度Ｖ
₂ ＝（Ｖ／２）×（ｄ₁ ／ｒ−１）となる。ここで、ｄ
₁ ／ｒ＜１となるので従動太陽円盤３は、駆動太陽円盤
２に対し反対方向に回転することになる。よって駆動軸
と従動軸との間の変速比ηは、Ｖ₂ ／Ｖ＝（ｄ₁ −ｒ）
／２ｒとなる。

【００１１】前記実施例では固定太陽円盤１のリング溝
１０の切り込み深さを小さくしないと大きな変速比を得
ることができない。このため図３に示すように、従動太
陽円盤３に、鋼ボール４ｂの入り込むリング溝２１を設
けた構成にしてもよい。この場合も、リング溝１０と同
様に、リング溝２１は半径方向外側が内側より浅く形成
され、図３に示すようにリング溝２１の入り口縁の内端
と外端とに鋼ボール４ｂと接触してその２つの接触点を
結ぶ線の延長が従動軸の回転中心と交差する点は、リン
グ板８ｂの直径上の２つの鋼ボール４ｂの中心を結ぶ線
と回転中心との交点と一致するように構成し、鋼ボール
４ｂがリング溝２１の周縁との接触点で滑らないように
している。その他の構成は、前記実施例と同様であり、
駆動太陽円盤２に永久磁石リング１２が設けられてい
る。なお鋼ボール４ａの半径をｒ₁、鋼ボール４ｂの半
径をｒ₂ 、リング溝１０、２１の内縁と外縁との中央点
と鋼ボール４ａ、４ｂの中心との間隔をｄ₁ 、ｄ₂ とす
る。このように構成した磁石式ボール遊星変速装置で
も、永久磁石リング１２により、鋼ボール４ａ、４ｂと
駆動太陽円盤２及び従動太陽円盤３との間で磁気吸引力
と磁気摩擦力とを利用でき、その場合の変速比ηは、１
／２［（ｄ₁ ／ｒ₁ ）−（ｄ₂ ／ｒ₂ ）］となる。

【００１２】また変速比を変更できるようにした磁石式
ボール遊星変速装置を図４により説明する。この場合、
固定太陽円盤１にリング溝３１を設けるとともに、その
リング溝３１の半径方向内側位置に駆動軸方向に移動調
節可能な支持リング３２を設け、さらに固定太陽円盤１
と円筒体５との間に空隙保持用のベアリング３３を設け
ておく。また図３の場合と同様に、従動太陽円盤３に鋼
ボール４ｂが入り込むリング溝３４を設けておく。その
他の構成は、図１、２の実施例と同様であり、駆動太陽
円盤２に永久磁石リング１２が設けられている。このよ
うに構成した磁石式ボール遊星変速装置でも、永久磁石
リング１２により、鋼ボール４ａ、４ｂと、固定太陽円
盤１、駆動太陽円盤２及び従動太陽円盤３との間で磁気
吸引力と磁気摩擦力とを利用でき、その場合の変速比η
は支持リング３２を移動調整することにより変更でき
る。

【００１３】

【発明の効果】本発明の磁石式ボール遊星変速装置で
は、鋼ボールと、固定太陽円盤、駆動太陽円盤及び従動
太陽円盤との間で磁気吸引力と磁気摩擦力とを利用して
駆動太陽円盤の回転を変速して従動太陽円盤に伝達で
き、給油等の保守を不要にし、低騒音、低振動になり変
速効率のよいものになる。また遊星変速装置に不可欠な
キャリアを不要にし、磁気摩擦のために耐摩耗性に優
れ、耐久性も優れている。さらに永久磁石リングを駆動
太陽円盤の半径の小径部に設けているので、小型にかつ
薄形に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石式ボール遊星変速装置の縦断面図
である。

【図２】図１の磁石式ボール遊星変速装置の横断面図で
ある。

【図３】第２実施例の磁石式ボール遊星変速装置の縦断
面図である。

【図４】第３実施例の磁石式ボール遊星変速装置の縦半
断面図である。

【符号の説明】

１ 固定太陽円盤 ２ 駆動太陽円盤 ３ 従動太陽円盤 ４ａ 鋼ボール ４ｂ 鋼ボール １０ リング溝 １２ 永久磁石リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南河 淳一 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号日立 金属株式会社内 (72)発明者 小林 明男 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号日立 金属株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体からなる固定太陽円盤と、駆動軸
   に回転されるようにした磁性体からなる駆動太陽円盤
   と、従動軸が連結された磁性体からなる従動太陽円盤と
   をその順番に中心軸を一致させて平行に配置し、固定太
   陽円盤と駆動太陽円盤との間に複数の鋼ボールを円環状
   に配列するとともに、駆動太陽円盤と従動太陽円盤との
   間に複数の鋼ボールを円環状に配列し、前記の両方の円
   環状の鋼ボールをそれぞれ非磁性のリング板に回転可能
   に保持させるとともに、両方のリング板を非磁性のセパ
   レータで連結し、固定太陽円盤と従動太陽円盤のうち少
   なくとも一方に円環状配列の鋼ボールが入り込むリング
   溝を設け、駆動太陽円盤における前記円環状の鋼ボール
   より内径位置に永久磁石リングを配置し、その永久磁石
   リングは半径方向に磁化されていることを特徴とする磁
   石式ボール遊星変速装置。
2. 【請求項２】 固定太陽円盤及び従動太陽円盤の少なく
   とも一方に、リング形永久磁石が設けられている請求項
   １に記載の磁石式ボール遊星変速装置。
3. 【請求項３】 駆動軸と従動軸との間の変速比が−０．
   ３〜＋０．３であることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の磁石式ボール遊星変速装置。