特許 6403329 磁気波動歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6403329

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】磁気波動歯車装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 15/00 20060101AFI20181001BHJP

   F16H 49/00 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H02N15/00

   F16H49/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-8533(P2015-8533)

(22)【出願日】2015年1月20日

(65)【公開番号】特開2016-135014(P2016-135014A)

(43)【公開日】2016年7月25日

【審査請求日】2017年9月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】遠嶋 成文

(72)【発明者】

【氏名】石本 興史

(72)【発明者】

【氏名】半田 典久

(72)【発明者】

【氏名】鴛海 翼

(72)【発明者】

【氏名】軸丸 武弘

(72)【発明者】

【氏名】平田 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】新口 昇

(72)【発明者】

【氏名】宇賀治 元

(72)【発明者】

【氏名】小原 章

(72)【発明者】

【氏名】延原 柊吾

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５７２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００１２４５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １５／００

Ｆ１６Ｈ ４９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石及びコイルの少なくともいずれか一方を複数有するステータと、永久磁石を複数有する高速ロータと、磁極片を複数有する低速ロータとが同心状に配置された磁気波動歯車装置であって、
前記低速ロータは、前記磁極片を軸方向で貫通する非磁性体の金属ロッドを有し、
前記磁極片は、前記金属ロッドが貫通する腹部の幅が、前記金属ロッドが貫通しない端部の幅よりも大きく形成され、
周方向で隣り合って配置される前記磁極片は、径方向における前記腹部の位置が互いに異なる、ことを特徴とする磁気波動歯車装置。

【請求項2】

前記低速ロータは、前記ステータと前記高速ロータとの間に配置されており、
前記磁極片は、前記ステータに対向する一方の端部の幅が、前記高速ロータに対向する他方の端部の幅よりも小さく形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気波動歯車装置。

【請求項3】

永久磁石及びコイルの少なくともいずれか一方を複数有するステータと、永久磁石を複数有する高速ロータと、磁極片を複数有する低速ロータとが同心状に配置された磁気波動歯車装置であって、
前記低速ロータは、前記磁極片を軸方向で貫通する非磁性体の金属ロッドを有し、
前記低速ロータは、前記ステータと前記高速ロータとの間に配置されており、
前記磁極片は、前記ステータに対向する一方の端部の幅が、前記高速ロータに対向する他方の端部の幅よりも小さく形成されている、ことを特徴とする磁気波動歯車装置。

【請求項4】

前記磁極片の前記他方の端部の幅は、当該他方の端部から、周方向で隣り合って配置される前記磁極片の前記他方の端部までの距離と等しい、ことを特徴とする請求項２または３に記載の磁気波動歯車装置。

【請求項5】

前記低速ロータは、周方向で隣り合って配置される前記磁極片の前記他方の端部同士を一体的に接続する接続部を有する、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の磁気波動歯車装置。

【請求項6】

前記ステータの極対数をＮｓとし、前記高速ロータの極対数をＮｈとし、前記低速ロータの磁極数をＮｌとしたときに、
Ｎｓ ＝ Ｎｌ ± Ｎｈ
の関係を満足する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気波動歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気波動歯車装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、永久磁石及びコイルの少なくともいずれか一方を複数有するステータと、永久磁石を複数有する高速ロータと、磁極片を複数有する低速ロータとが同心状に配置された磁気波動歯車装置が開示されている。磁気波動歯車装置は、例えば、モータとして用いる場合には、ステータに設けたコイルの起磁力により高速ロータを回転させることで、高調波磁束により出力軸である低速ロータが所定の減速比で回転するようになっている。

【0003】

磁気波動歯車装置は、原理的に非接触で所定の減速比（増速比）が得られるため、機械式の減速機（増速機）に比べて低摩耗、低騒音、耐久性に優れている。このため、磁気波動歯車装置は、例えば、発電機本体が地上数十メートルの高さに設置され、増速機の保守に多大な労力が必要な風力発電機のダイレクトドライブとして適用する試みがなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５２８６３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、低速ロータの磁極片は、積層鋼板や圧粉コア等で構成されるため、自身の強度が弱く、高トルク駆動や大型化を図るには不十分である。特許文献１には、複数の磁極片の間に非磁性体の金属ロッドを配置し、また、金属ロッドによる閉回路の一部に絶縁材を入れて、低速ロータの強度を確保しつつ、金属ロッドで発生する渦電流損を低減する方法が提案されている。

【0006】

しかしながら、ステータ及び高速ロータの磁束は、低速ロータの磁極片だけでなく、磁極片間の空隙部も通過する。非磁性体の金属ロッドといえども比透磁率は空隙部（空気や樹脂）よりも大きいため、空隙部において磁束は優先的に金属ロッドを通過する。このため、空隙部に非磁性体の金属ロッドを配置した場合には、非磁性体の金属ロッド内の磁束が変化してしまい、金属ロッドの閉回路の一部に絶縁材を入れたとしても原理的に渦電流の発生を抑制することができない、という問題がある。

【0007】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低速ロータの強度を確保しつつ渦電流の発生を抑制することができる磁気波動歯車装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明は、永久磁石及びコイルの少なくともいずれか一方を複数有するステータと、永久磁石を複数有する高速ロータと、磁極片を複数有する低速ロータとが同心状に配置された磁気波動歯車装置であって、前記低速ロータは、前記磁極片を軸方向で貫通する非磁性体の金属ロッドを有する、という構成を採用する。

【0009】

また、本発明においては、前記磁極片は、前記金属ロッドが貫通する腹部の幅が、前記金属ロッドが貫通しない端部の幅よりも大きく形成されている、という構成を採用する。

【0010】

また、本発明においては、周方向で隣り合って配置される前記磁極片は、径方向における前記腹部の位置が互いに異なる、という構成を採用する。

【0011】

また、本発明においては、前記低速ロータは、前記ステータと前記高速ロータとの間に配置されており、前記磁極片は、前記ステータに対向する一方の端部の幅が、前記高速ロータに対向する他方の端部の幅よりも小さく形成されている、という構成を採用する。

【0012】

また、本発明においては、前記磁極片の前記他方の端部の幅は、当該他方の端部から、周方向で隣り合って配置される前記磁極片の前記他方の端部までの距離と等しい、という構成を採用する。

【0013】

また、本発明においては、前記低速ロータは、周方向で隣り合って配置される前記磁極片の前記他方の端部同士を一体的に接続する接続部を有する、という構成を採用する。

【0014】

また、本発明においては、前記ステータの極対数をＮｓとし、前記高速ロータの極対数をＮｈとし、前記低速ロータの磁極数をＮｌとしたときに、Ｎｓ＝Ｎｌ±Ｎｈの関係を満足する、という構成を採用する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、低速ロータの強度を確保する非磁性体の金属ロッドが、相対的に比透磁率の大きい磁極片の内部に配置される。このため、磁極片が磁気シールドとなり、金属ロッド内を磁束が通過せず、非磁性体の金属ロッド内の磁束が変化しないため、渦電流の発生を抑制することができる。
したがって、本発明では、低速ロータの強度を確保しつつ渦電流の発生を抑制することができる磁気波動歯車装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態における磁気波動歯車装置の断面構成図である。

【図2】本発明の実施形態における磁気波動歯車装置の要部拡大図である。

【図3】本発明の実施形態における低速ロータの組み立て構造を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施例における磁極片の構成図である。

【図5】本発明の一実施例における磁極片の構成図である。

【図6】図５に示す磁極片の他方（高速ロータ側）の端部の縁部の厚みのみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。

【図7】図５に示す磁極片の一方（ステータ側）の端部の縁部の厚みのみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。

【図8】図４に示す磁極片の一方（ステータ側）の端部の幅のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。

【図9】図４に示す磁極片の他方（高速ロータ側）の端部の幅のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。

【図10】本発明の一変形例における磁極片の構成図である。

【図11】本発明の一変形例における磁極片の構成図である。

【図12】本発明の一変形例における磁極片の構成図である。

【図13】本発明の一変形例における磁極片の構成図である。

【図14】本発明の一変形例における低速ロータの分解斜視図である。

【図15】本発明の一変形例における低速ロータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の磁気波動歯車装置をモータ（電動機）に適用した場合を例示する。

【0018】

図１は、本発明の実施形態における磁気波動歯車装置１の断面構成図である。図２は、本発明の実施形態における磁気波動歯車装置１の要部拡大図である。
磁気波動歯車装置１は、図１に示すように、ステータ１０と、高速ロータ２０と、低速ロータ３０と、を有する。ステータ１０、高速ロータ２０、低速ロータ３０は、回転中心軸Ｒを中心とした同心状に設けられている。なお、図１において、符号２は高速ロータ２０の回転軸である。

【0019】

ステータ１０は、高速ロータ２０及び低速ロータ３０の外側に配置されている。ステータ１０は、ヨーク１１と、複数の極歯１２と、複数のコイル１３と、複数の永久磁石１４Ｓと、を有する。本実施形態のステータ１０は、３０個の極歯１２と、３０個の永久磁石１４Ｓと、を備える。すなわち、コイル１３が巻回された極歯１２の電磁石界磁と、永久磁石１４Ｓの永久磁石界磁とにより、ステータ１０の極対数は、３０となる。

【0020】

ヨーク１１は、磁性体から形成された略円筒状の部材である。極歯１２は、ヨーク１１と一体的に形成されて、ヨーク１１から径方向内側に向けて突出する部分である。極歯１２は、回転中心軸Ｒ周りに等間隔で複数配置されている。コイル１３は、周方向で隣り合う極歯１２間に形成されるスロット開口部を利用して各極歯１２に巻回されている。なお、各コイル１３には、駆動電流として三相交流電流が外部の駆動装置（例えばインバータ）から供給される。本実施形態では、各コイル１３が各極歯１２に２層巻きにされているが、単層巻きにしてもよい。

【0021】

永久磁石１４Ｓは、上記スロット開口部において径方向内側を向いて極歯１２の間にそれぞれ配置されている。すなわち、各永久磁石１４Ｓは、各極歯１２の先端に低速ロータ３０に対向する状態に設けられるのではなく、各極歯１２間に設けられ、低速ロータ３０の外周面と微小ギャップを隔てて対向する。各永久磁石１４Ｓは、低速ロータ３０に対向する側の極性が同一極、例えばＳ極である。なお、永久磁石１４Ｓの極性は、低速ロータ３０に対する微小ギャップ方向に同じであれば、Ｎ極であってもよい。

【0022】

高速ロータ２０は、ステータ１０及び低速ロータ３０の内側に配置されている。高速ロータ２０は、コア２１と、複数の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓと、を有する。コア２１は、磁性体から形成された略円柱状の部材である。コア２１には、径方向外側に突出する突極２３が一体的に形成されている。突極２３は、回転中心軸Ｒ周りに等間隔で複数配置されている。各突極２３の径方向内側には、永久磁石２２Ｎ若しくは永久磁石２２Ｓが配置されており、突極２３は、複数の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓと同数で形成されている。

【0023】

複数の永久磁石２２Ｎは、低速ロータ３０に対向する側の極数が同一極、例えばＮ極である。また、複数の永久磁石２２Ｓは、低速ロータ３０に対向する側の極数が同一極、例えばＳ極である。複数の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓは、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、コア２１の周面にそれぞれ設けられている。本実施形態の高速ロータ２０は、４個の永久磁石２２Ｎと、４個の永久磁石２２Ｓと、を備える。すなわち、永久磁石２２Ｎの永久磁石界磁と、永久磁石２２Ｓの永久磁石界磁とにより、高速ロータ２０の極対数は、４となる。

【0024】

低速ロータ３０は、ステータ１０と高速ロータ２０との間に配置されている。低速ロータ３０は、複数の磁極片３１（ポールピース）と、複数のフラックスパス３２（接続部）と、複数の金属ロッド３３と、を有する。磁極片３１は、磁性体として周知の電磁鋼板を回転中心軸Ｒが延びる軸方向に複数積層した積層鋼板によって形成されている。磁極片３１は、回転中心軸Ｒ周りに等間隔で複数配置されている。フラックスパス３２は、周方向で隣り合って配置される磁極片３１の間を一体的に接続するものであり、磁極片３１と同じく積層鋼板によって形成されている。

【0025】

本実施形態の低速ロータ３０は、３４個の磁極片３１を備える。すなわち、低速ロータ３０の磁極数は、３４である。
上記構成の磁気波動歯車装置１は、ステータ１０の極対数をＮｓとし、高速ロータ２０の極対数をＮｈとし、低速ロータ３０の磁極数をＮｌとしたときに、関係式（１）を満足するように構成されている。
Ｎｓ ＝ Ｎｌ ± Ｎｈ …（１）

【0026】

本実施形態のステータ１０の極対数（すなわちスロットの数）は３０であり、高速ロータ２０の極対数（Ｎ極、Ｓ極の組数、すなわち永久磁石２２Ｎ，２２Ｓの組数）は４であり、低速ロータ３０の磁極数（磁極片３１の数）は３４であり、上記関係式（１）を満たす。

【0027】

上記構成の磁気波動歯車装置１の動作原理については、公知文献（特開２０１０−１０６９４０号公報）に詳述されているので、ここでは詳細な説明を省略するが、本実施形態に係る磁気波動歯車装置１では、上記関係式（１）を満足するので、低速ロータ３０は、下式（２）で示される減速比Ｇｒで回転する。
Ｇｒ ＝ Ｎｌ ／ Ｎｈ …（２）

【0028】

すなわち、ステータ１０に通電することで、高速ロータ２０がブラシレスモータの原理で回転する。高速ロータ２０の永久磁石２２Ｎ，２２Ｓから発生する磁束は、低速ロータ３０の磁極片３１によって変調され、Ｎｌ±Ｎｈ次の高調波磁束を低速ロータ３０とステータ１０との間に生成する。このとき、ステータ１０の永久磁石１４Ｓから発生する磁束がＮｌ＋Ｎｈ次若しくはＮｌ−Ｎｈ次であれば、低速ロータ３０が減速比Ｇｒに従って回転する。

【0029】

図２に示すように、複数の磁極片３１のそれぞれには、金属ロッド３３が配置される貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、断面視で円形であり、磁極片３１の中心位置に形成されている。すなわち、貫通孔３４の中心は、径方向における磁極片３１の長さの半分の位置であって、且つ、周方向における磁極片３１の幅の半分の位置に設定されている。

【0030】

金属ロッド３３は、貫通孔３４に挿通される非磁性体から形成された所定長さの棒状部材である。本実施形態の金属ロッド３３は、非磁性ステンレス（ＳＵＳ３０４等）で形成されている。なお、金属ロッド３３は、チタン、アルミニウム、銅等の比透磁率の小さい他の非磁性金属で形成してもよい。この金属ロッド３３は、その断面が貫通孔３４と相似形に形成されており、貫通孔３４を挿通可能な大きさで形成されている。なお、図示しないが、金属ロッド３３の端部にはネジが形成され、軸方向で複数の磁極片３１を一体的に挟み込む環状の保持部材（強度部材）と接続可能とされている。

【0031】

図３は、本発明の実施形態における低速ロータ３０の組み立て構造を説明するための図である。
低速ロータ３０は、複数の磁極片３１がフラックスパス３２によって一体的に接続された磁極片ユニット３５を複数有する。本実施形態の磁極片ユニット３５は、３つの磁極片３１を形成するものであり、３つの貫通孔３４が形成されている。低速ロータ３０は、周方向において複数の磁極片ユニット３５の端部同士を当接してなる環状の単層ユニット３６を、軸方向において複数積層することで組み立てられる。

【0032】

軸方向において隣り合って配置される単層ユニット３６は、周方向において互いに位相がずれるように積層される。詳しくは、軸方向において隣り合って配置される単層ユニット３６の一方（単層ユニット３６Ａ）に形成された３つの貫通孔３４ａ〜３４ｃの一つ（例えば貫通孔３４ａ）が、他方の単層ユニット３６Ｂに形成された３つの貫通孔３４ａ〜３４ｃのうち位相の異なる一つ（例えば貫通孔３４ｂ）に対向するように、単層ユニット３６Ａと単層ユニット３６Ｂは、周方向において、互いの位相がずれるように積層される。

【0033】

この構成によれば、軸方向において対向する貫通孔３４のそれぞれに金属ロッド３３を挿通すると、各単層ユニット３６を形成する磁極片ユニット３５を、軸方向及び周方向において一体的に連結することができる。また、磁極片ユニット３５は、複数の磁極片３１がフラックスパス３２によって一体的に接続されたものであるため、組み立ての際に磁極片３１間の距離を一定に保つことができ、組み立てられた低速ロータ３０の磁極片３１を精度よく等間隔で配置することができる。

【0034】

図２に戻り、磁極片３１は、金属ロッド３３が貫通する部分（腹部３７）が、金属ロッド３３の形状に応じて曲線状に膨らんだ壺状に形成されている。磁極片３１は、金属ロッド３３が貫通する腹部３７の幅ｗ１が、金属ロッド３３が貫通しない端部３８，３９の幅ｗ２，ｗ３よりも大きく形成されている。この構成によれば、金属ロッド３３を磁極片３１に貫通させても狭隘部を無くし、磁極片３１の磁路（図２において実線矢印で示す）の断面積を確保することができ、磁気飽和を抑制することができる。

【0035】

図２に示すように、本実施形態では、低速ロータ３０の強度を確保する非磁性体の金属ロッド３３が、相対的に比透磁率の大きい磁極片３１の内部に配置される。本実施形態のように、金属ロッド３３が例えばＳＵＳ３０４の場合、磁極片３１（電磁鋼板）の方が比透磁率が圧倒的に大きい。このため、磁極片３１が磁気シールドとなり、図２に示すように、非磁性体の金属ロッド３３内を磁束が通過しない。すなわち、非磁性体の金属ロッド３３内の磁束が変化しないため、渦電流の発生を抑制することができる。

【0036】

このように、上述の本実施形態によれば、永久磁石１４Ｓ及びコイル１３を複数有するステータ１０と、永久磁石２２Ｎ，２２Ｓを複数有する高速ロータ２０と、磁極片３１を複数有する低速ロータ３０とが同心状に配置された磁気波動歯車装置１であって、低速ロータ３０は、磁極片３１を軸方向で貫通する非磁性体の金属ロッド３３を有する、という構成を採用することによって、渦電流の発生を抑制し、低速ロータ３０の強度を容易且つ十分に得ることができる。
したがって、本実施形態では、低速ロータ３０の強度を確保しつつ渦電流の発生を抑制することができる磁気波動歯車装置１が得られる。

【0037】

（実施例）
続いて、下記実施例に基づき、金属ロッド３３が貫通する磁極片３１の最適形状について説明する。

【0038】

図４は、本発明の一実施例における磁極片３１Ａの構成図である。図５は、本発明の一実施例における磁極片３１Ｂの構成図である。
図４に示す磁極片３１Ａは、ステータ１０に対向する一方の端部３８の幅ｗ２と、高速ロータ２０に対向する他方の端部３９の幅ｗ３と、を上記実施形態から変更したものである。図５に示す磁極片３１Ｂは、一方の端部３８と他方の端部３９のそれぞれに周方向両側に延在する縁部４０，４１を設けたものである。

【0039】

以下に説明する図６〜図９に示すグラフは、磁極片３１Ａ，３１Ｂの各部位の寸法を変更したときの脱調トルク（プルアウトトルク）と誘起電圧実効値の変化を示している。

【0040】

図６は、図５に示す磁極片３１Ｂの他方（高速ロータ２０側）の端部３９の縁部４１の厚みｔ２のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。なお、図６に示す「へりなし」とは、縁部４１の厚みｔ２を大きくしていき、腹部３７と一体化させたものを意味する。
図６（ａ）に示すように、高速ロータ２０側では、磁極片３１Ｂの縁部４１の厚みｔ２の寸法を変更しても脱調トルクの変化が小さいことが分かる。また、図６（ｂ）に示すように、誘起電圧実効値は、厚みｔ２が小さくなるに連れて若干減少する傾向にあるが、これは磁極片３１Ｂの面積が減少するためである。

【0041】

図７は、図５に示す磁極片３１Ｂの一方（ステータ１０側）の端部３８の縁部４０の厚みｔ１のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。なお、図７に示す「へりなし」とは、縁部４０の厚みｔ１を大きくしていき、腹部３７と一体化させたものを意味する。また、図７に示す「０．００ｍｍ」とは、縁部４０を無くしたものを意味する。
図７（ａ）に示すように、ステータ１０側では、磁極片３１Ｂの縁部４０の厚みｔ１の寸法を小さくするほど脱調トルクが大きく（脱調し難く）なることが分かる。また、縁部４０を無くしたときには、脱調トルクが大幅に上昇することが分かる。なお、図７（ｂ）に示すように、誘起電圧実効値は、厚みｔ１を小さくしても変化は小さい。

【0042】

図８は、図４に示す磁極片３１Ａの一方（ステータ１０側）の端部３８の幅ｗ２のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。なお、図８は、図７の結果を受けて、縁部４０を無くし、さらに磁極片３１Ａの端部３８の幅ｗ２の寸法を小さくしたものであり、「４．６ｍｍ」とは、図７の「０．００ｍｍ」と対応している。
図８（ａ）に示すように、ステータ１０側では、磁極片３１Ａの端部３８の幅ｗ２の寸法を小さくすると脱調トルクが大きくなる（「４．０ｍｍ」参照）が、小さくし過ぎると脱調トルクが減少してしまう（「３．８ｍｍ」参照）ことが分かる。これは、磁束密度分布の解析結果、磁極片３１Ａの端部３８の幅ｗ２が小さすぎると磁気飽和してしまうことが明らかになっている。なお、図８（ｂ）に示すように、誘起電圧実効値は、幅ｗ２が小さくなるにつれて若干減少する傾向にある。

【0043】

図９は、図４に示す磁極片３１Ａの他方（高速ロータ２０側）の端部３９の幅ｗ３のみを変更したときの脱調トルクと誘起電圧実効値の変化を示すグラフである。なお、図９に示す「等間隔」とは、磁極片３１Ａの他方の端部３９の幅ｗ３が、当該他方の端部３９から周方向で隣り合って配置される磁極片３１Ａの他方の端部３９までの距離ｄ１（図４参照）と等しいことを意味する。
図９（ａ）に示すように、高速ロータ２０側では、磁極片３１Ａの端部３９が等間隔で配置されたときに脱調トルクが大きくなることが分かる。これは、磁極片３１Ａの端部３９の幅ｗ３が大きすぎると隣の磁極片３１Ａとの間隔が狭くなって磁束の短絡が生じ、逆に幅ｗ３が小さすぎると磁束の通る量が減少するためと考えられる。なお、図９（ｂ）に示すように、誘起電圧実効値は、幅ｗ３を小さくしても変化は小さい。

【0044】

以上の結果から、磁極片３１Ｂにおいて、高速ロータ２０に対向する他方の端部３９に縁部４１を設けてもトルク性能に影響がほぼないことが分かる（図６参照）。また、磁極片３１Ｂにおいて、ステータ１０に対向する一方の端部３８に縁部４０を設けるとトルク性能に影響を与えるため、縁部４０は小さい程よいことが分かる（図７参照）。したがって、図２に示すように、低速ロータ３０のフラックスパス３２は、トルク性能に影響がほぼない高速ロータ２０側に配置することが好ましい。

【0045】

さらに、磁極片３１Ａにおいて、ステータ１０に対向する一方の端部３８には縁部４０が無いことが好ましく、また、幅ｗ２を小さくすると高調波成分以外の磁束を拾わないために脱調トルクが大きくなるが（図８の「４．０ｍｍ」参照）、幅ｗ２を小さくし過ぎると磁気飽和が起こり、トルク性能が低下することが分かる。また、磁極片３１Ａにおいて、高速ロータ２０に対向する他方の端部３９の幅ｗ３が大きいと磁極片３１Ａ間の磁束の短絡が生じ、幅ｗ３が小さいと磁束の通る量が減少してトルク性能が低下するため、幅ｗ３と距離ｄ１は等しいことが好ましいことが分かる（図９の「５．４ｍｍ」参照）。

【0046】

したがって、図４に示す磁極片３１Ａのように、ステータ１０に対向する一方の端部３８の幅ｗ２が、高速ロータ２０に対向する他方の端部３９の幅ｗ３よりも小さく形成されていることが好ましく、また、磁極片３１Ａの他方の端部３９の幅ｗ３は、当該他方の端部３９から、周方向で隣り合って配置される磁極片３１Ａの他方の端部３９までの距離ｄ１と等しいことが好ましい。

【0047】

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0048】

例えば、以下に示すような変形例が考えられる。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0049】

図１０は、本発明の一変形例における磁極片３１Ｃ〜３１Ｅの構成図である。
例えば、図１０（ａ）に示す磁極片３１Ｃのように、貫通孔３４Ｃにキー溝４２を形成してもよい。また、図１０（ｂ）に示す磁極片３１Ｄのように、貫通孔３４Ｄを長方形状に形成してもよい。また、図１０（ｃ）に示す磁極片３１Ｅのように、貫通孔３４Ｅをサーキット状（略楕円形状、円の両サイドを平行に切り落とした形状）に形成してもよい。
これら磁極片３１Ｃ〜３１Ｅによれば、各貫通孔３４Ｃ〜Ｅの形状に対応する金属ロッド３３を挿入すると、金属ロッド３３に対する回り止めがされるため、フラックスパス３２を設けなくても位置精度を確保することができる。また、磁束が通過する断面積を確保できれば、磁極片３１Ｃのように壺状にする必要はなく、磁極片３１Ｄ，３１Ｅのように長方形状としてもよい。

【0050】

図１１は、本発明の一変形例における磁極片３１Ｆ〜３１Ｈの構成図である。
例えば、図１１（ａ）に示す磁極片３１Ｆのように、縁部４０，４１を形成してもよい。また、図１１（ｂ）に示す磁極片３１Ｇのように、貫通孔３４Ｇを六角形状に形成し、また腹部３７Ｇも六角形状に形成してもよい。また、図１１（ｃ）に示す磁極片３１Ｈのように、貫通孔３４Ｈを菱形状に形成し、また腹部３７Ｈも菱形形状に形成してもよい。
これら磁極片３１Ｆ〜３１Ｈには、縁部４０，４１が形成されているが、縁部４０の厚みを小さくすれば、トルク性能には影響が少ない。また、これら磁極片３１Ｆ〜３１Ｈのように、貫通孔３４Ｆ〜３４Ｈの形状と腹部３７Ｆ〜３７Ｈの形状を相似形にすれば、腹部３７Ｆ〜３７Ｈにおける断面積を容易に確保することができる。

【0051】

図１２は、本発明の一変形例における磁極片３１Ｉ，３１Ｊの構成図である。
例えば、図１２（ａ）に示す磁極片３１Ｉのように、貫通孔３４Ｉを菱形状に形成し、腹部３７Ｉを六角形状に形成してもよい。また、図１２（ｂ）に示す磁極片３１Ｊのように、貫通孔３４Ｊを略十字形状に形成し、腹部３７Ｊを六角形状に形成してもよい。
これら磁極片３１Ｉ，３１Ｊのように、腹部３７Ｉ，３７Ｊにおける断面積を確保できれば、貫通孔３４Ｉ，３４Ｊの形状と腹部３７Ｉ，３７Ｊの形状を異形にすることができる。また、磁極片３１Ｊのように、貫通孔３４Ｊを略十字形状に形成すれば、その貫通孔３４Ｊの形状に対応する形状の金属ロッド３３の強度を向上させることができる。

【0052】

図１３は、本発明の一変形例における磁極片３１Ｋ，３１Ｌの構成図である。
例えば、図１３（ａ）に示す磁極片３１Ｋのように、貫通孔３４Ｋと腹部３７Ｋがそれぞれ円形状であり、周方向で隣り合って配置される腹部３７Ｋの位置が径方向で異なっていてもよい。また、図１３（ｂ）に示す磁極片３１Ｌのように、貫通孔３４Ｌと腹部３７Ｌがそれぞれ菱形状であり、周方向で隣り合って配置される腹部３７Ｌの位置が径方向で異なっていてもよい。
これら磁極片３１Ｋ，３１Ｌのように、周方向で隣り合って配置される腹部３７Ｋ，３７Ｌの径方向の位置が互いに異なるように配置することで、腹部３７Ｋ，３７Ｌを互い違いに配置することができる。この構成によれば、腹部３７Ｋ，３７Ｌの径方向の位置を同一にした場合よりもそれぞれの離間距離を大きく確保することができ、腹部３７Ｋ，３７Ｌのそれぞれの間の磁束の短絡をより確実に防ぐことができる。

【0053】

図１４は、本発明の一変形例における低速ロータ３０Ａの分解斜視図である。図１５は、本発明の一変形例における低速ロータ３０Ａの断面図である。
例えば、図１４に示す低速ロータ３０Ａのように、軸方向で複数の磁極片３１を一体的に挟み込む一対の保持部材５０，５１と、一対の保持部材５０，５１の少なくともいずれか一方と金属ロッド３３とを電気的に絶縁する絶縁部材５２と、を有する構成であってもよい。一対の保持部材５０，５１は、例えば、環状に形成された非磁性体の金属材からなる。保持部材５１は、金属ロッド３３の先端部に形成された不図示のネジと螺合する複数のネジ孔５１ａを有する。保持部材５０は、金属ロッド３３が挿通され、絶縁部材５２が係合する複数の丸穴５０ａを有する。絶縁部材５２は、樹脂材等で形成された絶縁材からなり、図１５に示すように、金属ロッド３３の一端部において、金属ロッド３３と保持部材５０との間に介在する。絶縁部材５２は、丸穴５０ａに係合する円筒部５３と、金属ロッド３３のヘッド部と保持部材５０の端面との間に挟まれるフランジ部５４と、を有する。
この低速ロータ３０Ａのように、絶縁部材５２を設け、非磁性体の金属ロッド３３と、金属ロッド３３を固定する保持部材５０とを電気的に絶縁することにより、低速ロータ３０Ａの磁極片３１に鎖交する磁束が変化することによって複数の金属ロッド３３の間に流れるループ電流を抑制することができる。なお、絶縁部材５２にネジ孔を形成して、保持部材５１にも保持部材５０と同じように設ける構成であってもよい。

【0054】

また、例えば、上記実施形態では、ステータ１０の極対数が３０であり、高速ロータ２０の極対数は４であり、低速ロータ３０の磁極数は３４である構成について例示したが、本発明はこの構成に限定されることなく、上記関係式（１）を満足するものであればよい。

【0055】

また、例えば、上記実施形態では、低速ロータ３０がステータ１０と高速ロータ２０との間に配置される構成について例示したが、本発明はこの構成に限定されることなく、磁気波動歯車装置１は、原理的に低速ロータ３０と高速ロータ２０との配置を入れ替えてもよい。

【0056】

また、例えば、上記実施形態では、本発明の磁気波動歯車装置１を、モータ（電動機）に適用した構成について例示したが、本発明はこの構成に限定されることなく、発電機にも適用することができる。また、発電機においては、大型の風力発電機に好適に適用することができる。また、本発明の磁気波動歯車装置１は、コイル１３の代わりに永久磁石を配置すれば、増速機あるいは減速機としても適用することができる。

【符号の説明】

【0057】

１ 磁気波動歯車装置
１０ ステータ
１２ 極歯
１３ コイル
１４Ｓ 永久磁石
２０ 高速ロータ
２２Ｎ 永久磁石
２２Ｓ 永久磁石
３０ 低速ロータ
３１ 磁極片
３２ フラックスパス（接続部）
３３ 金属ロッド
３７ 腹部
３８ 一方の端部
３９ 他方の端部
ｄ１ 距離
ｗ１ 幅
ｗ２ 幅
ｗ３ 幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】