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JP7273744B2 - magnetic gear device - Google Patents

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JP7273744B2 JP2020021998A JP2020021998A JP7273744B2 JP 7273744 B2 JP7273744 B2 JP 7273744B2 JP 2020021998 A JP2020021998 A JP 2020021998A JP 2020021998 A JP2020021998 A JP 2020021998A JP 7273744 B2 JP7273744 B2 JP 7273744B2
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Description

本発明は、非接触式の動力伝達装置に関する。 The present invention relates to a non-contact power transmission device.

非接触式の動力伝達装置の1つとして磁気ギヤ装置が知られている。従来の磁気ギヤ装置の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載されている磁気ギヤ装置は、1つの固定子(ステータ)と2つの回転子(高速ロータ及び低速ロータ)とを備える磁気減速装置である。 A magnetic gear device is known as one of non-contact power transmission devices. An example of a conventional magnetic gear device is described in Patent Document 1. The magnetic gear device described in Patent Literature 1 is a magnetic reduction device including one stator and two rotors (high-speed rotor and low-speed rotor).

特許第5858399号公報Japanese Patent No. 5858399

従来の磁気ギヤ装置における技術的課題の1つに冷却性能の向上がある。磁気ギヤ装置が備えるステータやロータの温度は、これらと交差する交番磁界に基づく誘導加熱によって上昇する。また、ステータが備えるコイルの銅損(ジュール熱)によってもステータやステータの周囲にあるロータの温度が上昇する。このようにしてステータやロータの温度が上昇すると、磁気ギヤ装置の動力性能が低下したり、磁気ギヤ装置に含まれる軸受が劣化したりする。 One of the technical problems in conventional magnetic gear devices is improvement in cooling performance. The temperature of the stator and rotor of the magnetic gear device rises due to induction heating based on the alternating magnetic field intersecting them. Copper loss (Joule heat) in the coils of the stator also increases the temperature of the stator and the rotor around the stator. When the temperature of the stator and rotor rises in this way, the power performance of the magnetic gear device deteriorates, and bearings included in the magnetic gear device deteriorate.

本発明の目的は、磁気ギヤ装置の冷却性能を向上させることである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the cooling performance of a magnetic gear device.

本発明の磁気ギヤ装置は、ステータと、前記ステータを取り囲む前記ステータと同軸の低速ロータと、前記低速ロータを取り囲む前記低速ロータと同軸の高速ロータと、を有する。前記ステータは、環状に並ぶ複数のティースと、それぞれの前記ティースに巻かれたコイルと、を備える。前記低速ロータは、前記ステータを取り囲むように環状に並ぶ複数の磁性体片と、それら磁性体片を支持する第1支持部材と、を備える。前記高速ロータは、複数の前記磁性体片を取り囲むように環状に並ぶ複数の磁石と、それら磁石を支持する第2支持部材と、を備える。そして、前記第1支持部材には、前記ステータが備える前記コイルと対向する複数の連通孔が形成され、前記第2支持部材には、前記連通孔と対向する複数の開口部が形成される。 The magnetic gear device of the present invention has a stator, a low speed rotor coaxial with the stator surrounding the stator, and a high speed rotor coaxial with the low speed rotor surrounding the low speed rotor. The stator includes a plurality of teeth arranged annularly and a coil wound around each of the teeth. The low-speed rotor includes a plurality of magnetic pieces annularly arranged so as to surround the stator, and a first support member that supports the magnetic pieces. The high-speed rotor includes a plurality of magnets annularly arranged so as to surround the plurality of magnetic pieces, and a second support member that supports the magnets. The first support member is formed with a plurality of communication holes facing the coils of the stator, and the second support member is formed with a plurality of openings facing the communication holes.

本発明の一態様では、前記低速ロータは、周方向において隣接する2つの前記磁性体片の間に配置されたフィンを備える。 In one aspect of the present invention, the low-speed rotor includes fins arranged between two magnetic pieces adjacent in the circumferential direction.

本発明の他の一態様では、前記第1支持部材は、対向するベース部材及び固定部材と、前記ベース部材と前記固定部材とを連結する複数の連結部材と、を含む。また、前記第2支持部材は、筒状の周壁部と、前記周壁部の一端を閉塞する底部と、を含む。そして、前記磁性体片は前記ベース部材と前記固定部材との間に配置され、前記磁性体片の一端は前記ベース部材に係合し、前記磁性体片の他端は前記固定部材に係合する。また、前記磁石は前記周壁部の内周面に固定される。 In another aspect of the invention, the first support member includes a base member and a fixing member that face each other, and a plurality of connecting members that connect the base member and the fixing member. Further, the second support member includes a cylindrical peripheral wall portion and a bottom portion that closes one end of the peripheral wall portion. The magnetic piece is arranged between the base member and the fixing member, one end of the magnetic piece is engaged with the base member, and the other end of the magnetic piece is engaged with the fixing member. do. Also, the magnet is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion.

本発明の他の一態様では、複数の前記連結部材は、前記ベース部材及び前記固定部材の周方向に沿って環状に配列され、配列方向において隣接する2つの前記連結部材の間に2つの前記磁性体片が配置され、それら2つの前記磁性体片の間に1つの前記フィンが配置される。 In another aspect of the present invention, the plurality of connecting members are arranged annularly along the circumferential direction of the base member and the fixing member, and two of the connecting members are arranged between two of the connecting members adjacent in the arrangement direction. Magnetic pieces are arranged, and one fin is arranged between the two magnetic pieces.

本発明の他の一態様では、前記低速ロータは、前記ベース部材の中心に設けられ、前記ステータの中心に設けられている貫通孔に挿通される低速回転軸を備える。前記高速ロータは、前記底部の中心に設けられ、前記低速回転軸の内側に挿通される高速回転軸を備える。 In another aspect of the present invention, the low-speed rotor is provided at the center of the base member and includes a low-speed rotation shaft inserted through a through hole provided at the center of the stator. The high-speed rotor is provided at the center of the bottom portion and includes a high-speed rotating shaft inserted inside the low-speed rotating shaft.

本発明の他の一態様では、前記連通孔は、径方向において前記低速回転軸と前記磁性体片との間の位置する前記ベース部材上の環状領域に形成される。前記開口部は、径方向において前記高速回転軸と前記周壁部との間の位置する前記底部上の環状領域に形成される。 In another aspect of the present invention, the communication hole is formed in an annular region on the base member located between the low-speed rotation shaft and the magnetic piece in the radial direction. The opening is formed in an annular area on the bottom located radially between the high-speed rotating shaft and the peripheral wall.

本発明の他の一態様では、前記低速ロータは、周方向において隣接する2つの前記連通孔の間に形成された突起を備える。前記突起は、前記ステータが備える前記コイルに向かって突出し、かつ、前記連通孔に沿って伸びる。 In another aspect of the present invention, the low-speed rotor includes projections formed between two of the communication holes adjacent in the circumferential direction. The protrusion protrudes toward the coil provided on the stator and extends along the communication hole.

本発明によれば、高い冷却性能の備える磁気ギヤ装置が実現される。 According to the present invention, a magnetic gear device with high cooling performance is realized.

本発明が適用された磁気ギヤードモータの分解図である。1 is an exploded view of a magnetic geared motor to which the present invention is applied; FIG. 本発明が適用された磁気ギヤードモータの他の分解図である。3 is another exploded view of a magnetic geared motor to which the present invention is applied; FIG. 本発明が適用された磁気ギヤードモータの斜視図である。1 is a perspective view of a magnetic geared motor to which the present invention is applied; FIG. 図1に示される低速ロータの分解図である。Figure 2 is an exploded view of the low speed rotor shown in Figure 1; 図2に示されるA-Aに沿った断面図である。Figure 3 is a cross-sectional view along AA shown in Figure 2; 図2に示されるB-Bに沿った断面図である。Figure 3 is a cross-sectional view along BB shown in Figure 2;

以下、本発明の磁気ギヤ装置の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図1,図2に示されるように、本実施形態に係る磁気ギヤ装置は、ステータ10と、低速ロータ20と、高速ロータ30と、を有する磁気ギヤードモータ1である。図2に示されるように、ステータ10,低速ロータ20及び高速ロータ30の中心軸は同一の直線上にある。つまり、ステータ10,低速ロータ20及び高速ロータ30は同軸である。また、低速ロータ20はステータ10を取り囲んでおり、高速ロータ30は低速ロータ20を取り囲んでいる。言い換えれば、高速ロータ30の内側に低速ロータ20が嵌め込まれ、低速ロータ20の内側にステータ10が嵌め込まれている。以下の説明では、ステータ10,低速ロータ20及び高速ロータ30の中心軸の方向を「軸方向」と呼び、軸方向と直交する方向を「径方向」と呼ぶ場合がある。言い換えれば、図2の紙面左右方向を「軸方向」、紙面上下方向を「径方向」と呼ぶ場合がある。また、ステータ10,低速ロータ20又は高速ロータ30の中心軸上の一点を中心とする仮想円の円周方向を「周方向」と呼ぶ場合がある。 Hereinafter, an example of an embodiment of the magnetic gear device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic gear device according to this embodiment is a magnetic geared motor 1 having a stator 10, a low speed rotor 20, and a high speed rotor 30. FIG. As shown in FIG. 2, the central axes of the stator 10, the low speed rotor 20 and the high speed rotor 30 are on the same straight line. That is, the stator 10, the low speed rotor 20 and the high speed rotor 30 are coaxial. Also, the low speed rotor 20 surrounds the stator 10 and the high speed rotor 30 surrounds the low speed rotor 20 . In other words, the low-speed rotor 20 is fitted inside the high-speed rotor 30 , and the stator 10 is fitted inside the low-speed rotor 20 . In the following description, the direction of the central axes of the stator 10, the low-speed rotor 20, and the high-speed rotor 30 may be called "axial direction", and the direction orthogonal to the axial direction may be called "radial direction". In other words, the horizontal direction of FIG. 2 may be called the "axial direction", and the vertical direction of the paper may be called the "radial direction". Also, the circumferential direction of a virtual circle centered on one point on the central axis of the stator 10, low-speed rotor 20, or high-speed rotor 30 may be called "circumferential direction".

図1,図2に示されるように、ステータ10は、環状に並ぶ複数のティース11と、それぞれのティース11に巻かれたコイル12と、を備えている。具体的には、ステータ10は、18個のティース11を備えており、18個のティース11のそれぞれにコイル12が巻かれている。つまり、ステータ10の磁極数(Ns)は「18」である。18個のティース11及びコイル12は、ステータ10の中心に設けられている貫通孔13の周囲に一定間隔で環状に並んでいる。また、それらティース11及びコイル12は、ステータ10の中心から放射状に伸びている。尚、それぞれのティース11は、積層された複数枚のケイ素鋼板によって形成されており、それぞれのコイル12は、エナメル被覆された銅線によって形成されている。ティース11を形成しているケイ素鋼板の厚みは0.2mmである。また、ティース11とコイル12との間には不図示のインシュレータが介在している。 As shown in FIGS. 1 and 2 , the stator 10 includes a plurality of teeth 11 arranged in an annular shape and coils 12 wound around the respective teeth 11 . Specifically, the stator 10 has 18 teeth 11 and coils 12 are wound around each of the 18 teeth 11 . That is, the number of magnetic poles (Ns) of the stator 10 is "18". The 18 teeth 11 and coils 12 are arranged annularly at regular intervals around a through-hole 13 provided in the center of the stator 10 . Also, the teeth 11 and the coils 12 radially extend from the center of the stator 10 . Each tooth 11 is formed of a plurality of laminated silicon steel plates, and each coil 12 is formed of enamel-coated copper wire. The silicon steel plate forming the teeth 11 has a thickness of 0.2 mm. An insulator (not shown) is interposed between the teeth 11 and the coil 12 .

ステータ10が備える18個のコイル12のうち、6個はU相コイルであり、他の6個はV相コイルであり、さらに他の6個はW相コイルである。より詳細には、U相、V相、W相は、それぞれ3つの連続する同相のコイルで形成された2つのコイル群から構成されている。そして、U相のコイル群の周方向一方側にV相のコイル群が配置され、U相のコイル群の周方向他方側にW相のコイル群が配置されている。また、2つの同相のコイル群は径方向において互いに対向する位置に配置されている。これら各相のコイル12には、互いに位相が120度ずれた交流電流が供給される。 Of the 18 coils 12 provided in the stator 10, 6 are U-phase coils, the other 6 are V-phase coils, and the other 6 are W-phase coils. More specifically, each of the U-phase, V-phase, and W-phase consists of two coil groups each formed of three consecutive coils in the same phase. A V-phase coil group is arranged on one circumferential side of the U-phase coil group, and a W-phase coil group is arranged on the other circumferential side of the U-phase coil group. Also, the two in-phase coil groups are arranged at positions facing each other in the radial direction. Alternating currents 120 degrees out of phase with each other are supplied to the coils 12 of each phase.

図1,図2に示されるように、低速ロータ20は、ステータ10を取り囲むように環状に並ぶ複数の磁性体片21と、周方向において隣接する2つの磁性体片21の間にそれぞれ配置された複数のフィン22と、それら磁性体片21及びフィン22を支持する第1支持部材40と、を備えている。具体的には、低速ロータ20は、周方向に一定間隔で並ぶ34個の磁性体片21及び17枚のフィン22を備えている。つまり、低速ロータ20の磁極数(Nl)は「34」である。尚、磁性体片21,フィン22及び第1支持部材40は、ステータ10のティース11を形成しているケイ素鋼板と同一又は実質的に同一のケイ素鋼板によって形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the low-speed rotor 20 is arranged between a plurality of magnetic pieces 21 arranged annularly so as to surround the stator 10 and two adjacent magnetic pieces 21 in the circumferential direction. and a first support member 40 that supports the magnetic pieces 21 and the fins 22 . Specifically, the low-speed rotor 20 includes 34 magnetic pieces 21 and 17 fins 22 arranged at regular intervals in the circumferential direction. That is, the number of magnetic poles (Nl) of the low speed rotor 20 is "34". The magnetic pieces 21 , the fins 22 and the first support member 40 are made of the same or substantially the same silicon steel plate as the silicon steel plate forming the teeth 11 of the stator 10 .

図1,図4に示されるように、第1支持部材40は、軸方向において対向するベース部材41及び固定部材42と、ベース部材41と固定部材42とを連結する複数の連結部材43と、を含んでいる。図1に示されるように、ベース部材41は略円盤形であり、固定部材42は略リング形である。 As shown in FIGS. 1 and 4, the first support member 40 includes a base member 41 and a fixing member 42 that face each other in the axial direction, a plurality of connecting members 43 that connect the base member 41 and the fixing member 42, contains. As shown in FIG. 1, the base member 41 is generally disc-shaped and the fixing member 42 is generally ring-shaped.

図1,図4に示されるように、34個の磁性体片21及び17枚のフィン22は、対向するベース部材41と固定部材42との間に配置されている。言い換えれば、ベース部材41及び固定部材42は、複数の磁性体片21及びフィン22を挟持している。少なくとも磁性体片21の一端はベース部材41に係合しており、少なくとも磁性体片21の他端は固定部材42に係合している。図4に示されるように、固定部材42と対向するベース部材41の一面には、磁性体片21の端部が係合可能な複数の凹部41aが周方向に一定間隔で形成されている。また、ベース部材41と対向する固定部材42の一面にも、磁性体片21の端部が係合可能な複数の凹部42aが周方向に一定間隔(ベース部材41に形成されている凹部41aと同一間隔)で形成されている。そして、それぞれの磁性体片21の一方の端部は、ベース部材41の凹部41aに係合しており、それぞれの磁性体片21の他方の端部は、固定部材42の凹部42aに係合している。 As shown in FIGS. 1 and 4, 34 magnetic pieces 21 and 17 fins 22 are arranged between a base member 41 and a fixed member 42 facing each other. In other words, the base member 41 and the fixing member 42 sandwich the plurality of magnetic pieces 21 and the fins 22 . At least one end of the magnetic piece 21 is engaged with the base member 41 , and at least the other end of the magnetic piece 21 is engaged with the fixing member 42 . As shown in FIG. 4, on one surface of the base member 41 facing the fixing member 42, a plurality of recesses 41a with which the ends of the magnetic pieces 21 can be engaged are formed at regular intervals in the circumferential direction. Also, on one surface of the fixing member 42 facing the base member 41, a plurality of recesses 42a with which the ends of the magnetic pieces 21 can be engaged are formed at regular intervals in the circumferential direction (the recesses 41a formed in the base member 41 are formed at the same intervals). One end of each magnetic piece 21 is engaged with the recess 41 a of the base member 41 , and the other end of each magnetic piece 21 is engaged with the recess 42 a of the fixing member 42 . are doing.

図1,図4に示されるように、連結部材43は、ベース部材41を軸方向に貫通し、固定部材42に結合している。具体的には、それぞれの連結部材43の先端には雄ねじが形成されている。一方、固定部材42には、雌ねじが形成されたねじ穴が設けられている。そして、ベース部材41を貫通している連結部材43の先端が固定部材42に設けられているねじ穴にねじ結合している。よって、それぞれの連結部材43を締め込むと、ベース部材41と固定部材42とを互いに近接させようとする力が作用する。この結果、ベース部材41と固定部材42との間に配置されている磁性体片21及びフィン22がベース部材41と固定部材42とによって挟持される。 As shown in FIGS. 1 and 4 , the connecting member 43 axially penetrates the base member 41 and is coupled to the fixed member 42 . Specifically, a male screw is formed at the tip of each connecting member 43 . On the other hand, the fixing member 42 is provided with a threaded hole having a female thread. The tip of the connecting member 43 passing through the base member 41 is screwed into a screw hole provided in the fixing member 42 . Therefore, when each connecting member 43 is tightened, a force acts to bring the base member 41 and the fixing member 42 closer to each other. As a result, the magnetic pieces 21 and the fins 22 arranged between the base member 41 and the fixed member 42 are sandwiched between the base member 41 and the fixed member 42 .

図5に示されるように、17本の連結部材43は、周方向に一定間隔で環状に配列されている。そして、配列方向において隣接する2本の連結部材43の間に2つの磁性体片21が配置され、それら2つの磁性体片21の間に1つのフィン22が配置されている。例えば、図5に示されている連結部材43aと当該連結部材43aに隣接している連結部材43bとの間には2つの磁性体片21a,21bが配置されており、それら2つの磁性体片21a,21bの間には1つのフィン22aが配置されている。さらに、連結部材43bと当該連結部材43bに隣接している連結部材43cとの間には他の2つの磁性体片21c,21dが配置されており、それら2つの磁性体片21c,21dの間には他の1つのフィン22bが配置されている。言い換えれば、それぞれの磁性体片21の一側には必ず連結部材43が配置されている。例えば、磁性体片21aと磁性体片21bとの間にはフィンaが配置されており、荷重を支える連結部材43は配置されていない。しかし、磁性体片21aの左側には連結部材43aが配置されており、磁性体片21bの右側には連結部材43bが配置されている。かかる関係は、フィン22bの両側の磁性体片21c,21dに関しても同様であり、他のいずれのフィン22の両側の磁性体片21に関しても同様である。この結果、低速ロータ20内に複数枚のフィン22を配置するスペース(隙間)が確保され、かつ、低速ロータ20に加わる荷重が均等に分散される。 As shown in FIG. 5, the 17 connecting members 43 are annularly arranged at regular intervals in the circumferential direction. Two magnetic pieces 21 are arranged between two connecting members 43 adjacent in the arrangement direction, and one fin 22 is arranged between the two magnetic pieces 21 . For example, two magnetic pieces 21a and 21b are arranged between a connecting member 43a and a connecting member 43b adjacent to the connecting member 43a shown in FIG. One fin 22a is arranged between 21a and 21b. Further, another two magnetic pieces 21c and 21d are arranged between the connecting member 43b and the connecting member 43c adjacent to the connecting member 43b, and the magnetic pieces 21c and 21d are arranged between the two magnetic pieces 21c and 21d. is arranged with another fin 22b. In other words, the connecting member 43 is always arranged on one side of each magnetic piece 21 . For example, the fin a is arranged between the magnetic piece 21a and the magnetic piece 21b, and the connecting member 43 for supporting the load is not arranged. However, the connecting member 43a is arranged on the left side of the magnetic piece 21a, and the connecting member 43b is arranged on the right side of the magnetic piece 21b. This relationship is the same for the magnetic pieces 21c and 21d on both sides of the fin 22b, and is the same for the magnetic pieces 21 on both sides of any other fin 22. FIG. As a result, a space (gap) for arranging the plurality of fins 22 is secured in the low speed rotor 20, and the load applied to the low speed rotor 20 is evenly distributed.

図1,図2に示されるように、低速ロータ20は低速回転軸23を備えている。この低速回転軸23は、第1支持部材40の中心に設けられている。具体的には、低速回転軸23は、ベース部材41の中心に固定された円筒部材によって形成されている。つまり、低速回転軸23は中空である。図3に示されるように、低速ロータ20が備える低速回転軸23は、ステータ10の中心に設けられている貫通孔13(図1)に挿通され、ステータ10を貫通している。ステータ10の貫通孔13に挿通されている低速回転軸23は、図1に示されている軸受24a,24bによってステータ10に対して回転自在に支持されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the low speed rotor 20 has a low speed rotating shaft 23 . The low-speed rotating shaft 23 is provided at the center of the first support member 40 . Specifically, the low speed rotation shaft 23 is formed by a cylindrical member fixed to the center of the base member 41 . That is, the low-speed rotating shaft 23 is hollow. As shown in FIG. 3 , a low-speed rotating shaft 23 provided in the low-speed rotor 20 is inserted through a through-hole 13 ( FIG. 1 ) provided in the center of the stator 10 and passes through the stator 10 . A low-speed rotary shaft 23 inserted through the through hole 13 of the stator 10 is rotatably supported with respect to the stator 10 by bearings 24a and 24b shown in FIG.

再び図3を参照する。ステータ10から突出している低速回転軸23の端部には、当該低速回転軸23よりも小径であり、かつ、低速回転軸23と同軸のロッド25が固定されている。つまり、低速回転軸23及びロッド25は一体的に回転する。ロッド25を含む低速回転軸23は、本実施形態に係る磁気ギヤードモータ1の出力軸である。 Refer to FIG. 3 again. A rod 25 having a smaller diameter than the low speed rotation shaft 23 and being coaxial with the low speed rotation shaft 23 is fixed to the end of the low speed rotation shaft 23 protruding from the stator 10 . That is, the low-speed rotating shaft 23 and the rod 25 rotate integrally. A low-speed rotating shaft 23 including a rod 25 is the output shaft of the magnetic geared motor 1 according to this embodiment.

図1に示されるように、低速ロータ20が備える第1支持部材40には、ステータ10が備えるコイル12と対向する複数の連通孔44が形成されている。具体的には、第1支持部材40のベース部材41上の所定領域に複数の連通孔44が形成されている。図5を参照する。複数の連通孔44は、径方向において低速回転軸23と磁性体片21との間の位置するベース部材41上の環状領域に一定間隔で形成されている。複数の連通孔44は、環状に並んでおり、また、ベース部材41の中心から放射状に伸びている。さらに、周方向において隣接する2つの連通孔44の間には突起45がそれぞれ形成されている。つまり、上記環状領域には、連通孔44と突起45とが周方向に沿って交互に形成されている。 As shown in FIG. 1 , a plurality of communication holes 44 facing the coils 12 of the stator 10 are formed in the first support member 40 of the low-speed rotor 20 . Specifically, a plurality of communication holes 44 are formed in predetermined regions on the base member 41 of the first support member 40 . Please refer to FIG. A plurality of communication holes 44 are formed at regular intervals in an annular region on the base member 41 located between the low-speed rotation shaft 23 and the magnetic piece 21 in the radial direction. The plurality of communication holes 44 are arranged in a ring and extend radially from the center of the base member 41 . Furthermore, projections 45 are formed between two communicating holes 44 adjacent in the circumferential direction. That is, in the annular region, the communication holes 44 and the protrusions 45 are alternately formed along the circumferential direction.

図1に示されるように、それぞれの突起45は、ステータ10が備えるコイル12に向かって軸方向に突出しており、かつ、連通孔44に沿って径方向に伸びている。図5に示されるように、連通孔44及び突起45の径方向における寸法(長さ)は略同一である。また、連通孔44及び突起45の周方向における寸法(幅)も略同一である。もっとも、突起45の幅は一定であるのに対し、連通孔44の幅は、径方向内側から外側に向かって次第に拡大している。 As shown in FIG. 1 , each protrusion 45 axially protrudes toward the coil 12 of the stator 10 and extends radially along the communication hole 44 . As shown in FIG. 5, the radial dimension (length) of the communication hole 44 and the projection 45 are substantially the same. In addition, the dimension (width) in the circumferential direction of the communication hole 44 and the projection 45 are also substantially the same. However, while the width of the projection 45 is constant, the width of the communication hole 44 gradually increases from the radially inner side to the outer side.

図1から図3に示されるように、高速ロータ30は、低速ロータ20が備える複数の磁性体片21を取り囲むように環状に並ぶ複数の磁石(永久磁石)31と、それら磁石31を支持する第2支持部材50と、を備えている。具体的には、高速ロータ30は、周方向に一定間隔で並ぶ16個の磁石31を備えている。つまり、高速ロータ30の磁極数(Nh)は「16」である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the high-speed rotor 30 has a plurality of magnets (permanent magnets) 31 arranged annularly so as to surround the plurality of magnetic pieces 21 of the low-speed rotor 20, and supports the magnets 31. A second support member 50 is provided. Specifically, the high-speed rotor 30 includes 16 magnets 31 arranged at regular intervals in the circumferential direction. That is, the number of magnetic poles (Nh) of the high-speed rotor 30 is "16".

高速ロータ30が備える第2支持部材50は、筒状の周壁部51と、周壁部51の一端を閉塞する底部52と、を含んでいる。もっとも、周壁部51及び底部52は炭素鋼材によって一体成形されている。図1,図2に示されるように、16個の磁石31は、周壁部51の内周面に固定されている。16個の磁石31は、N極とS極が周方向に交互に並ぶように配列されている。 The second support member 50 included in the high-speed rotor 30 includes a cylindrical peripheral wall portion 51 and a bottom portion 52 closing one end of the peripheral wall portion 51 . However, the peripheral wall portion 51 and the bottom portion 52 are integrally formed of carbon steel. As shown in FIGS. 1 and 2, 16 magnets 31 are fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 51 . The 16 magnets 31 are arranged so that the N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.

図1,図2に示されるように、高速ロータ30は高速回転軸32を備えている。この高速回転軸32は、第2支持部材50の中心に設けられている。高速ロータ30が備える高速回転軸32は、低速ロータ20が備える中空の低速回転軸23の内側に挿通されている。低速回転軸23に挿通されている高速回転軸32は、軸受33a,33bによって低速回転軸23を含む低速ロータ20に対して回転自在に支持されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the high speed rotor 30 has a high speed rotating shaft 32 . This high-speed rotating shaft 32 is provided at the center of the second support member 50 . A high-speed rotating shaft 32 of the high-speed rotor 30 is inserted inside a hollow low-speed rotating shaft 23 of the low-speed rotor 20 . The high-speed rotary shaft 32 inserted through the low-speed rotary shaft 23 is rotatably supported with respect to the low-speed rotor 20 including the low-speed rotary shaft 23 by bearings 33a and 33b.

図1,図6に示されるように、高速ロータ30が備える第2支持部材50には、低速ロータ20に設けられている連通孔44(図5)と対向する複数の開口部53が形成されている。具体的には、第2支持部材50の底部52上の所定領域に12個の開口部53が形成されている。それぞれの開口部53は、底部52を貫通する丸穴であり、径方向において高速回転軸32と周壁部51との間の位置する底部52上の環状領域に一定間隔で形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 6, the second support member 50 provided in the high-speed rotor 30 is formed with a plurality of openings 53 facing the communication holes 44 (FIG. 5) provided in the low-speed rotor 20. ing. Specifically, 12 openings 53 are formed in predetermined regions on the bottom 52 of the second support member 50 . Each opening 53 is a round hole penetrating through the bottom portion 52 and is formed at regular intervals in an annular region on the bottom portion 52 located between the high-speed rotating shaft 32 and the peripheral wall portion 51 in the radial direction.

再び図1を参照する。上記構造を有する磁気ギヤードモータ1では、ステータ10のコイル12に交流電流が供給されると、低速ロータ20及び高速ロータ30が回転する。同時に、交番磁界に基づく誘導加熱やコイル12の銅損(ジュール熱)によってステータ10,低速ロータ20,高速ロータ30の温度が上昇する。特に、ステータ10と高速ロータ30との間に配置されている低速ロータ20の温度が上昇する。 Refer to FIG. 1 again. In the magnetic geared motor 1 having the structure described above, when alternating current is supplied to the coils 12 of the stator 10, the low-speed rotor 20 and the high-speed rotor 30 rotate. At the same time, the temperatures of the stator 10, the low-speed rotor 20, and the high-speed rotor 30 rise due to induction heating based on the alternating magnetic field and copper loss (Joule heat) of the coil 12. FIG. In particular, the temperature of the low speed rotor 20 located between the stator 10 and the high speed rotor 30 increases.

しかし、本実施形態に係る磁気ギヤードモータ1では、低速ロータ20の第1支持部材40に、ステータ10が備えるコイル12と対向する複数の連通孔44が設けられている。また、高速ロータ30の第2支持部材50に、連通孔44と対向する複数の開口部53が設けられている。よって、ステータ10や低速ロータ20から発せられた熱が連通孔44及び開口部53を通じて高速ロータ30の外に排出される。つまり、磁気ギヤードモータ1が自然空冷によって冷却される。 However, in the magnetic geared motor 1 according to this embodiment, the first support member 40 of the low-speed rotor 20 is provided with a plurality of communication holes 44 facing the coils 12 of the stator 10 . A plurality of openings 53 facing the communication holes 44 are provided in the second support member 50 of the high-speed rotor 30 . Therefore, heat generated from the stator 10 and the low-speed rotor 20 is discharged outside the high-speed rotor 30 through the communicating holes 44 and the openings 53 . That is, the magnetic geared motor 1 is cooled by natural air cooling.

さらに、低速ロータ20の第1支持部材40には、連通孔44に加えて複数の突起45が設けられている。言い換えれば、第1支持部材40の表面積は、突起45が設けられていない場合に比べて拡大している。この結果、第1支持部材40を含む低速ロータ20からの放熱が促進される。つまり、第1支持部材40に形成されている複数の突起45は、低速ロータ20を含む磁気ギヤードモータ1の冷却性能を高めるヒートシンクとして機能する。 Furthermore, the first support member 40 of the low-speed rotor 20 is provided with a plurality of protrusions 45 in addition to the communication holes 44 . In other words, the surface area of the first support member 40 is enlarged as compared with the case where the projections 45 are not provided. As a result, heat dissipation from the low-speed rotor 20 including the first support member 40 is promoted. In other words, the plurality of protrusions 45 formed on the first support member 40 function as heat sinks that enhance the cooling performance of the magnetic geared motor 1 including the low speed rotor 20 .

加えて、本実施形態に係る磁気ギヤードモータ1では、低速ロータ20に複数枚のフィン22が設けられている。よって、低速ロータ20が回転すると、磁気ギヤードモータ1の内部で気流が発生する。この結果、ステータ10や低速ロータ20からの放熱がさらに促進される。また、ステータ10などに冷却風が供給され、これらが強制空冷によって冷却される。尚、第1支持部材40と一体化されているフィン22は、第1支持部材40の表面積の拡大にも寄与している。 In addition, in the magnetic geared motor 1 according to this embodiment, the low speed rotor 20 is provided with a plurality of fins 22 . Therefore, when the low-speed rotor 20 rotates, an air current is generated inside the magnetic geared motor 1 . As a result, heat dissipation from the stator 10 and the low-speed rotor 20 is further promoted. Also, cooling air is supplied to the stator 10 and the like, and these are cooled by forced air cooling. The fins 22 integrated with the first support member 40 also contribute to increasing the surface area of the first support member 40 .

上記のとおり、ステータ10のコイル12に交流電流が供給されると、低速ロータ20及び高速ロータ30が回転する。このとき、低速ロータ20と高速ロータ30の回転速度には所定の速度差が生じる。低速ロータ20と高速ロータ30の回転速度比(Gr)は、ステータ磁極数(Ns)=低速ロータ磁極数(Nl)±高速ロータ磁極数(Nh)の関係が成立することを前提として、次式によって表される。

Figure 0007273744000001
このとき、回転速度比(Gr)が-(マイナス)となれば、低速ロータ20は高速ロータ30に対して反対方向に回転し、+(プラス)となれば、低速ロータ20は高速ロータ30と同一方向に回転する。 As described above, when alternating current is supplied to the coils 12 of the stator 10, the low speed rotor 20 and the high speed rotor 30 rotate. At this time, a predetermined speed difference occurs between the rotational speeds of the low-speed rotor 20 and the high-speed rotor 30 . The rotation speed ratio (Gr) between the low-speed rotor 20 and the high-speed rotor 30 is obtained by the following formula, on the assumption that the number of stator poles (Ns) = the number of low-speed rotor poles (Nl) ± the number of high-speed rotor poles (Nh) holds. represented by
Figure 0007273744000001
At this time, if the rotation speed ratio (Gr) becomes - (minus), the low speed rotor 20 rotates in the opposite direction to the high speed rotor 30, and if it becomes + (plus), the low speed rotor 20 rotates with the high speed rotor 30. Rotate in the same direction.

既述のように、本実施形態に係る磁気ギヤードモータ1におけるステータ磁極数(Ns),低速ロータ磁極数(Nl)及び高速ロータ磁極数(Nh)は、次のとおりである。
ステータ磁極数(Ns)=18
低速ロータ磁極数(Nl)=34
高速ロータ磁極数(Nh)=16
したがって、本実施形態に係る磁気ギヤードモータ1における低速ロータ20と高速ロータ30の回転速度比(Gr)は、+2.125となる。言い換えれば、磁気ギヤードモータ1の減速比は、+2.125である。よって、低速ロータ20は、高速ロータ30と同一方向に回転する。
As described above, the number of stator magnetic poles (Ns), the number of low-speed rotor magnetic poles (Nl), and the number of high-speed rotor magnetic poles (Nh) in the magnetic geared motor 1 according to this embodiment are as follows.
Number of stator poles (Ns) = 18
Number of low-speed rotor magnetic poles (Nl) = 34
Number of high-speed rotor magnetic poles (Nh) = 16
Therefore, the rotation speed ratio (Gr) between the low-speed rotor 20 and the high-speed rotor 30 in the magnetic geared motor 1 according to this embodiment is +2.125. In other words, the reduction ratio of the magnetic geared motor 1 is +2.125. Therefore, the low speed rotor 20 rotates in the same direction as the high speed rotor 30 .

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態における低速ロータ20には、連通孔44,突起45及びフィン22が設けられていた。しかし、突起45やフィン22は省略することもできる。言い換えれば、低速ロータ20に連通孔44のみが設けられている場合であっても、低速ロータ20に連通孔44が設けられていない場合に比べて冷却性能は十分に向上する。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways without departing from the scope of the invention. For example, the low-speed rotor 20 in the above embodiment was provided with the communication holes 44 , the projections 45 and the fins 22 . However, the projections 45 and the fins 22 can be omitted. In other words, even if only the communication hole 44 is provided in the low speed rotor 20, the cooling performance is sufficiently improved compared to the case where the communication hole 44 is not provided in the low speed rotor 20.

上記実施形態におけるフィン22,連結部材43,連通孔44,突起45及び開口部53の数,形状,大きさ,配置などは適宜変更することができる。 The number, shape, size, arrangement, etc. of the fins 22, the connecting members 43, the communication holes 44, the protrusions 45 and the openings 53 in the above embodiment can be changed as appropriate.

1 磁気ギヤードモータ
10 ステータ
11 ティース
12 コイル
13 貫通孔
20 低速ロータ
21,21a,21b,21c 磁性体片
22,22a,22b フィン
23 低速回転軸
24a,24b 軸受
25 ロッド
30 高速ロータ
31 磁石
32 高速回転軸
33a,33b 軸受
40 第1支持部材
41 ベース部材
41a,42a 凹部
42 固定部材
43,43a,43b,43c 連結部材
44 連通孔
45 突起
50 第2支持部材
51 周壁部
52 底部
53 開口部
1 Magnetic geared motor 10 Stator 11 Teeth 12 Coil 13 Through hole 20 Low speed rotors 21, 21a, 21b, 21c Magnetic pieces 22, 22a, 22b Fins 23 Low speed rotating shafts 24a, 24b Bearing 25 Rod 30 High speed rotor 31 Magnet 32 High speed rotation Shafts 33a, 33b Bearing 40 First support member 41 Base members 41a, 42a Recess 42 Fixing members 43, 43a, 43b, 43c Connecting member 44 Communication hole 45 Projection 50 Second support member 51 Peripheral wall 52 Bottom 53 Opening

Claims (7)

ステータと、前記ステータを取り囲む前記ステータと同軸の低速ロータと、前記低速ロータを取り囲む前記低速ロータと同軸の高速ロータと、を有する磁気ギヤ装置であって、
前記ステータは、環状に並ぶ複数のティースと、それぞれの前記ティースに巻かれたコイルと、を備え、
前記低速ロータは、前記ステータを取り囲むように環状に並ぶ複数の磁性体片と、それら磁性体片を支持する第1支持部材と、を備え、
前記高速ロータは、複数の前記磁性体片を取り囲むように環状に並ぶ複数の磁石と、それら磁石を支持する第2支持部材と、を備え、
前記第1支持部材には、前記ステータが備える前記コイルと対向する複数の連通孔が形成され、
前記第2支持部材には、前記連通孔と対向する複数の開口部が形成されている、磁気ギヤ装置。
A magnetic gear device comprising a stator, a low-speed rotor coaxial with the stator surrounding the stator, and a high-speed rotor surrounding the low-speed rotor coaxial with the low-speed rotor,
The stator includes a plurality of teeth arranged in an annular shape and a coil wound around each of the teeth,
The low-speed rotor includes a plurality of magnetic pieces arranged annularly so as to surround the stator, and a first support member that supports the magnetic pieces,
The high-speed rotor includes a plurality of magnets arranged in a ring so as to surround the plurality of magnetic pieces, and a second support member that supports the magnets,
The first support member is formed with a plurality of communication holes facing the coils of the stator,
A magnetic gear device, wherein a plurality of openings facing the communication holes are formed in the second support member.
請求項1に記載の磁気ギヤ装置において、
前記低速ロータは、周方向において隣接する2つの前記磁性体片の間に配置されたフィンを備える、磁気ギヤ装置。
In the magnetic gear device according to claim 1,
A magnetic gear device, wherein the low-speed rotor includes fins arranged between two magnetic pieces adjacent in the circumferential direction.
請求項2に記載の磁気ギヤ装置において、
前記第1支持部材は、対向するベース部材及び固定部材と、前記ベース部材と前記固定部材とを連結する複数の連結部材と、を含み、
前記第2支持部材は、筒状の周壁部と、前記周壁部の一端を閉塞する底部と、を含み、
前記磁性体片は前記ベース部材と前記固定部材との間に配置され、前記磁性体片の一端は前記ベース部材に係合し、前記磁性体片の他端は前記固定部材に係合し、
前記磁石は前記周壁部の内周面に固定されている、磁気ギヤ装置。
In the magnetic gear device according to claim 2,
The first support member includes a base member and a fixing member that face each other, and a plurality of connecting members that connect the base member and the fixing member,
The second support member includes a cylindrical peripheral wall portion and a bottom portion that closes one end of the peripheral wall portion,
the magnetic piece is disposed between the base member and the fixed member, one end of the magnetic piece engages the base member, the other end of the magnetic piece engages the fixed member;
The magnetic gear device, wherein the magnet is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall.
複数の前記連結部材は、前記ベース部材及び前記固定部材の周方向に沿って環状に配列されており、
配列方向において隣接する2つの前記連結部材の間に2つの前記磁性体片が配置され、それら2つの前記磁性体片の間に1つの前記フィンが配置されている、請求項3に記載の磁気ギヤ装置。
the plurality of connecting members are annularly arranged along the circumferential direction of the base member and the fixing member;
4. The magnet according to claim 3, wherein two said magnetic pieces are arranged between two said connecting members adjacent in the arrangement direction, and one said fin is arranged between said two said magnetic pieces. gear device.
請求項3又は請求項4に記載の磁気ギヤ装置において、
前記低速ロータは、前記ベース部材の中心に設けられ、前記ステータの中心に設けられている貫通孔に挿通される低速回転軸を備え、
前記高速ロータは、前記底部の中心に設けられ、前記低速回転軸の内側に挿通される高速回転軸を備える、磁気ギヤ装置。
In the magnetic gear device according to claim 3 or 4,
The low-speed rotor is provided at the center of the base member and includes a low-speed rotation shaft inserted through a through hole provided at the center of the stator,
A magnetic gear device, wherein the high-speed rotor is provided at the center of the bottom portion and includes a high-speed rotation shaft inserted inside the low-speed rotation shaft.
前記連通孔は、径方向において前記低速回転軸と前記磁性体片との間の位置する前記ベース部材上の環状領域に形成され、
前記開口部は、径方向において前記高速回転軸と前記周壁部との間の位置する前記底部上の環状領域に形成されている、請求項5に記載の磁気ギヤ装置。
the communication hole is formed in an annular region on the base member located between the low-speed rotation shaft and the magnetic piece in the radial direction;
6. The magnetic gear device according to claim 5, wherein said opening is formed in an annular region on said bottom located radially between said high-speed rotating shaft and said peripheral wall.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の磁気ギヤ装置において、
前記低速ロータは、周方向において隣接する2つの前記連通孔の間に形成された突起を備え、
前記突起は、前記ステータが備える前記コイルに向かって突出し、かつ、前記連通孔に沿って伸びている、磁気ギヤ装置。
In the magnetic gear device according to any one of claims 1 to 6,
The low-speed rotor includes a projection formed between two of the communication holes adjacent in the circumferential direction,
The magnetic gear device, wherein the protrusion protrudes toward the coil provided on the stator and extends along the communication hole.
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