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特開2023-506磁気ギア、磁気ギアードモータ及びこれを備えた装置、磁気ギアードモータの駆動方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023000506
(43)【公開日】2023-01-04
(54)【発明の名称】磁気ギア、磁気ギアードモータ及びこれを備えた装置、磁気ギアードモータの駆動方法
(51)【国際特許分類】
H02K 7/10 20060101AFI20221222BHJP
【ＦＩ】
H02K7/10 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021101372
(22)【出願日】2021-06-18
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森元 瑛樹
(72)【発明者】
【氏名】河村 清美
【テーマコード（参考）】
5H607
【Ｆターム（参考）】
5H607AA12
5H607BB01
5H607BB14
5H607EE26
(57)【要約】
【課題】出力特性を可変にできるとともに、小型化かつ軽量化が可能な磁気ギアを提供する。
【解決手段】磁気ギア３００は、第１出力軸３１１を有する原動ロータ３１０と、第２出力軸３２１を有する受動ロータ３２０と、原動ロータ３１０及び受動ロータ３２０とそれぞれ磁気的に結合されたステータ３３０と、を備えている。第１出力軸３１１は、原動ロータ３１０と回転一体に設けられている。第２出力軸３２１は、受動ロータ３２０と回転一体に、かつ第１出力軸３１１と同軸に配置されている。磁気ギア３００は、受動ロータ３２０及び原動ロータ３１０が互いに同調して回転する第１モードと、受動ロータ３２０が原動ロータ３１０の回転から脱調した状態となる第２モードのいずれかで動作する。
【選択図】図２
【解決手段】磁気ギア３００は、第１出力軸３１１を有する原動ロータ３１０と、第２出力軸３２１を有する受動ロータ３２０と、原動ロータ３１０及び受動ロータ３２０とそれぞれ磁気的に結合されたステータ３３０と、を備えている。第１出力軸３１１は、原動ロータ３１０と回転一体に設けられている。第２出力軸３２１は、受動ロータ３２０と回転一体に、かつ第１出力軸３１１と同軸に配置されている。磁気ギア３００は、受動ロータ３２０及び原動ロータ３１０が互いに同調して回転する第１モードと、受動ロータ３２０が原動ロータ３１０の回転から脱調した状態となる第２モードのいずれかで動作する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１出力軸を有する原動ロータと、
第２出力軸を有する受動ロータと、
前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアであって、
前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、
前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、
前記原動ロータ及び前記第１出力軸は、外力を受けて前記第１出力軸の長手方向である軸方向回りに回転可能に構成され、
前記磁気ギアは、
前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、
前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする磁気ギア。
第２出力軸を有する受動ロータと、
前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアであって、
前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、
前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、
前記原動ロータ及び前記第１出力軸は、外力を受けて前記第１出力軸の長手方向である軸方向回りに回転可能に構成され、
前記磁気ギアは、
前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、
前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする磁気ギア。
【請求項2】
請求項１に記載の磁気ギアとモータとを備えた磁気ギアードモータであって、
前記第１出力軸は、前記モータの回転軸に回転一体に接続され、前記モータの回転とともに回転することを特徴とする磁気ギアードモータ。
前記第１出力軸は、前記モータの回転軸に回転一体に接続され、前記モータの回転とともに回転することを特徴とする磁気ギアードモータ。
【請求項3】
第１出力軸を有する原動ロータと、
第２出力軸を有する受動ロータと、
前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアードモータであって、
前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、
前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、
前記磁気ギアードモータは、
前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、
前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする磁気ギアードモータ。
第２出力軸を有する受動ロータと、
前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアードモータであって、
前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、
前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、
前記磁気ギアードモータは、
前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、
前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする磁気ギアードモータ。
【請求項4】
請求項２または３に記載の磁気ギアードモータにおいて、
前記原動ロータから前記第１出力軸が突出する方向を第１方向とするとき、
前記第１出力軸及び前記第２出力軸は、ともに前記第１方向に沿って突出していることを特徴とする磁気ギアードモータ。
前記原動ロータから前記第１出力軸が突出する方向を第１方向とするとき、
前記第１出力軸及び前記第２出力軸は、ともに前記第１方向に沿って突出していることを特徴とする磁気ギアードモータ。
【請求項5】
請求項２または３に記載の磁気ギアードモータにおいて、
前記原動ロータから前記第１出力軸が突出する方向を第１方向とするとき、
前記第２出力軸は、前記第１方向と反対側に突出していることを特徴とする磁気ギアードモータ。
前記原動ロータから前記第１出力軸が突出する方向を第１方向とするとき、
前記第２出力軸は、前記第１方向と反対側に突出していることを特徴とする磁気ギアードモータ。
【請求項6】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法であって、
前記磁気ギアードモータは、ブレーキをさらに備え、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ブレーキを動作させて、前記受動ロータの回転を制動するか、または前記受動ロータを静止固定することを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータは、ブレーキをさらに備え、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ブレーキを動作させて、前記受動ロータの回転を制動するか、または前記受動ロータを静止固定することを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項7】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法であって、
前記磁気ギアードモータは、ブレーキをさらに備え、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記受動ロータにはずみを付けた後に、前記ブレーキを動作させて、前記原動ロータの回転を制動するか、または前記原動ロータを静止固定することを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータは、ブレーキをさらに備え、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記受動ロータにはずみを付けた後に、前記ブレーキを動作させて、前記原動ロータの回転を制動するか、または前記原動ロータを静止固定することを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項8】
請求項２ないし７のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法であって、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ステータで発生する回転磁界を強めることで、前記原動ロータの回転を所定値以上に加速させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ステータで発生する回転磁界を強めることで、前記原動ロータの回転を所定値以上に加速させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項9】
請求項２ないし８のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法であって、
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ステータで発生する回転磁界の回転方向を反転させることで、前記原動ロータの回転方向を反転させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させる場合、
前記ステータで発生する回転磁界の回転方向を反転させることで、前記原動ロータの回転方向を反転させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項10】
請求項９に記載の磁気ギアードモータの駆動方法において、
前記ステータで発生する回転磁界の回転方向を複数回反転させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記ステータで発生する回転磁界の回転方向を複数回反転させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項11】
請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法において、
前記磁気ギアードモータの回転指令に、前記原動ロータと前記受動ロータとの磁気的結合に関する共振周波数成分を重畳させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータの回転指令に、前記原動ロータと前記受動ロータとの磁気的結合に関する共振周波数成分を重畳させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第１モードから前記第２モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項12】
請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法において、
前記原動ロータの回転を減速するか、または、前記原動ロータの回転を一時的に停止して、前記受動ロータの回転と同調させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第２モードから前記第１モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記原動ロータの回転を減速するか、または、前記原動ロータの回転を一時的に停止して、前記受動ロータの回転と同調させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第２モードから前記第１モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項13】
請求項６ないし１２のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータの駆動方法において、
前記磁気ギアードモータは、前記受動ロータを回転させる回転機構をさらに備え、
前記回転機構を駆動して、前記受動ロータを前記原動ロータとの回転同調速度に近づけるように回転させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第２モードから前記第１モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
前記磁気ギアードモータは、前記受動ロータを回転させる回転機構をさらに備え、
前記回転機構を駆動して、前記受動ロータを前記原動ロータとの回転同調速度に近づけるように回転させることで、前記磁気ギアードモータの動作モードを前記第２モードから前記第１モードに移行させることを特徴とする磁気ギアードモータの駆動方法。
【請求項14】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の磁気ギアードモータと、
前記磁気ギアードモータにより駆動される被駆動部と、を少なくとも備えたことを特徴とする装置。
前記磁気ギアードモータにより駆動される被駆動部と、を少なくとも備えたことを特徴とする装置。
【請求項15】
請求項１４に記載の装置において、
前記装置は、電気洗濯機であり、
前記被駆動部は、
前記第１出力軸に接続されたドラムと、
前記第２出力軸に接続されたパルセータと、を少なくとも有することを特徴とする装置。
前記装置は、電気洗濯機であり、
前記被駆動部は、
前記第１出力軸に接続されたドラムと、
前記第２出力軸に接続されたパルセータと、を少なくとも有することを特徴とする装置。
【請求項16】
請求項１４に記載の装置において、
前記装置は、ラック―ピニオン機構を備えた搬送装置であり、
前記被駆動部は、
前記第１出力軸に接続されたボールねじと、
前記ボールねじに接続された搬送部と、を少なくとも有しており、
前記ボールねじの長手方向は、前記ラック―ピニオン機構の長手方向と交差しており、
前記搬送部は、前記第１出力軸が回転することで、前記ボールねじの長手方向に移動可能に構成され、かつ
前記第２出力軸が回転することで、前記ラック―ピニオン機構の長手方向に移動可能に構成されていることを特徴とする装置。
前記装置は、ラック―ピニオン機構を備えた搬送装置であり、
前記被駆動部は、
前記第１出力軸に接続されたボールねじと、
前記ボールねじに接続された搬送部と、を少なくとも有しており、
前記ボールねじの長手方向は、前記ラック―ピニオン機構の長手方向と交差しており、
前記搬送部は、前記第１出力軸が回転することで、前記ボールねじの長手方向に移動可能に構成され、かつ
前記第２出力軸が回転することで、前記ラック―ピニオン機構の長手方向に移動可能に構成されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、磁気ギア、磁気ギアードモータ及びこれを備えた装置、磁気ギアードモータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、モータの回転動作を利用した装置が広く用いられている。また、この場合、モータの回転速度や回転トルクを可変にすることで、種々の用途に利用できる。
【0003】
特許文献１には、ドラム内に設けられた攪拌翼の回転軸とモータとの間にクラッチを有する減速機構を設けた電気洗濯機が開示されている。減速機構によりモータの回転数を減速して撹拌翼を回転させる。このことにより、モータのトルクを増大させること無く、撹拌翼の回転トルクを大きくすることができ、モータへの負荷を抑制しつつ、衣類の洗浄性能を高められる。
【0004】
また、特許文献２には、衣類を収容したドラムをモータにより回転させる電気洗濯機が開示されている。このモータは、６相インバータに接続され、２種類の回転磁界を発生させるステータと、同軸に設けられた２種類のロータとを有している。６相インバータは、３相交流電圧と６相交流電圧との重畳交流電圧を出力する。６相インバータにより、ステータで発生させる回転磁界を切り替えることで、モータのギア比を可変にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００１－０００７７８号公報
【特許文献2】特開２０１６－１６８１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１に開示された従来の構成では、減速機構を別途設けることで、モータやモータを備えた装置の重量が大きくなる。また、当該装置内でのモータの搭載スペースが増加するという課題があった。また、クラッチ等の機械的に動作する機構を有しているため、長期使用時に故障するリスクが増加するという課題があった。
【0007】
特許文献２に開示された従来の構成では、前述の重畳交流電圧を出力するために、６相インバータの構造や制御が複雑になるという課題があった。
【0008】
また、モータの回転速度や回転トルクを切り替えるために、２種類のモータを準備することも考えられるが、モータを備えた装置の重量や体積が大きくなり、また、設備コストが増加するという課題があった。
【0009】
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、出力特性を可変にできるとともに、小型化かつ軽量化が可能な磁気ギア、磁気ギアードモータ及びこれを備えた装置、磁気ギアードモータの駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本開示に係る磁気ギアは、第１出力軸を有する原動ロータと、第２出力軸を有する受動ロータと、前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアであって、前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、前記原動ロータ及び前記第１出力軸は、外力を受けて前記第１出力軸の長手方向である軸方向回りに回転可能に構成され、前記磁気ギアは、前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする。
【0011】
本開示に係る磁気ギアードモータは、第１出力軸を有する原動ロータと、第２出力軸を有する受動ロータと、前記原動ロータ及び前記受動ロータとそれぞれ磁気的に結合されたステータと、を少なくとも備えた磁気ギアードモータであって、前記第１出力軸は、前記原動ロータと回転一体に設けられ、前記第２出力軸は、前記受動ロータと回転一体に設けられるとともに、前記第１出力軸と同軸に配置され、前記磁気ギアードモータは、前記受動ロータ及び前記原動ロータが互いに同調して回転する第１モードと、前記受動ロータ及び前記原動ロータの一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モードのいずれかのモードで動作可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、モータの出力特性を可変にできるとともに、小型化かつ軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態１に係る磁気ギアードモータの要部の断面模式図である。
【図2】別の磁気ギアードモータの要部の断面模式図である。
【図3】磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図である。
【図4】磁気ギアードモータの別の脱調方法を説明する模式図である。
【図5】ブレーキの一例を示す模式図である。
【図6】磁気ギアードモータの回転同調の復帰方法を説明する模式図である。
【図7】電気洗濯機の要部の断面模式図である。
【図8】変形例に係る磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図である。
【図9】原動ロータと受動ロータとの磁気的結合状態を説明する模式図である。
【図10】磁気ギアードモータの伝達関数のボード線図である。
【図11】変形例に係る磁気ギアードモータの動作シミュレーション結果を示す図である。
【図12】変形例に係る磁気ギアードモータの回転同調の復帰方法を説明する模式図である。
【図13A】実施形態２に係る磁気ギアードモータを軸方向から見た模式図である。
【図13B】磁気ギアードモータを径方向から見た模式図である。
【図14A】実施形態２に係る搬送装置をＺ方向から見た模式図である。
【図14B】搬送装置をＸ方向から見た模式図である。
【図15A】別の磁気ギアードモータの模式図である。
【図15B】別の磁気ギアードモータの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0015】
（実施形態１）
［磁気ギアードモータの構成］
図１は、本実施形態に係る磁気ギアードモータの要部の断面模式図を示し、図２は、別の磁気ギアードモータの要部の断面模式図を示す。なお、図１，２に示す磁気ギアードモータ１００，２００は、他の構成部品、例えば、軸受等を備えているが、説明の便宜上、これら以外の部品については図示及び説明を省略する。また、磁気ギアードモータ１００，２００を構成する各部品は、形状を簡略化して図示しており、実際の形状とは異なっている。
［磁気ギアードモータの構成］
図１は、本実施形態に係る磁気ギアードモータの要部の断面模式図を示し、図２は、別の磁気ギアードモータの要部の断面模式図を示す。なお、図１，２に示す磁気ギアードモータ１００，２００は、他の構成部品、例えば、軸受等を備えているが、説明の便宜上、これら以外の部品については図示及び説明を省略する。また、磁気ギアードモータ１００，２００を構成する各部品は、形状を簡略化して図示しており、実際の形状とは異なっている。
【0016】
なお、以降の説明において、磁気ギア３００または磁気ギアードモータ１００の軸心を通る方向であって、第１出力軸１１，３１１及び第２出力軸２１，３２１の長手方向を軸方向と呼ぶことがある。ステータ３０，３３０の外周方向を周方向と呼ぶことがある。ステータ３０，３３０の半径方向を径方向と呼ぶことがある。また、軸方向において、原動ロータ１０から第１出力軸１１が突出する方向を第１方向と呼ぶことがある。なお、図２において、原動ロータ３１０から第１出力軸３１１が突出する方向が第１方向である。
【0017】
図１に示すように、磁気ギアードモータ１００は、モータケース４０の内部に原動ロータ１０と受動ロータ２０とステータ３０とを少なくとも備えている。
【0018】
ステータ３０は、磁気ギアードモータ１００の軸心に配置されており、図示しない外部電源から供給された電力により、時間的に変動する回転磁界を発生させる。
【0019】
受動ロータ２０は、ステータ３０の径方向外側に、ステータ３０と所定の間隔をあけて配置されている。受動ロータ２０は、第２出力軸２１を有しており、第２出力軸２１は、モータケース４０の外部に突出している。
【0020】
原動ロータ１０は、受動ロータ２０の径方向外側に、受動ロータ２０と所定の間隔をあけて配置されている。原動ロータ１０は、軸心部分が中空である中空構造の第１出力軸１１を有しており、第１出力軸１１は、第１方向に沿ってモータケース４０の外部に突出している。第２出力軸２１は、第１出力軸１１の内部に第１出力軸１１と所定の間隔をあけて収容されている。また、第２出力軸２１も、第１方向に沿ってモータケース４０の外部に突出している。
【0021】
原動ロータ１０は、ステータ３０と磁気的に結合されており、ステータ３０で発生した回転磁界により、磁気ギアードモータ１００の軸心回り、つまり、軸方向回りに回転する。第１出力軸１１は、原動ロータ１０と回転一体に設けられているため、原動ロータ１０とともに回転する。なお、磁気ギアードモータ１００の軸心は、原動ロータ１０及び第１出力軸１１の軸心に相当する。
【0022】
受動ロータ２０は、ステータ３０及び原動ロータ１０と磁気的に結合されており、原動ロータ１０が回転すると、速度比Ｇｒにしたがって、軸方向回りに回転する。第２出力軸２１は、受動ロータ２０と回転一体に設けられているため、受動ロータ２０とともに回転する。なお、速度比Ｇｒは、以下に示す式（１）で表される。
【0023】
｜Ｇｒ｜＝ Ｎｌ／Ｎｈ ・・・（１）
【0024】
ここで、Ｎｈは、原動ロータ１０の極対数であり、Ｎｌは、受動ロータ２０の極対数または極数である。受動ロータ２０が永久磁石で構成されていれば、前者が適用される。受動ロータ２０が磁性体で構成されていれば、後者が適用される。
【0025】
つまり、受動ロータ２０の回転速度は、原動ロータ１０の回転速度を速度比Ｇｒで除した値となる。なお、式（１）から明らかなように、極対数Ｎｈが極対数Ｎｌよりも小さければ、速度比Ｇｒは１よりも大きくなる。つまり、受動ロータ２０の回転速度は、原動ロータ１０の回転速度よりも低下する。一方、極対数Ｎｈが極対数Ｎｌよりも大きければ、速度比Ｇｒは１よりも小さくなる。つまり、受動ロータ２０の回転速度は、原動ロータ１０の回転速度よりも上昇する。
【0026】
また、磁気ギアードモータ１００は、図２に示すように、磁気ギア３００とモータ４００とが独立して設けられた構造であってもよい。
【0027】
図２に示す磁気ギアードモータ２００では、モータ４００の回転軸４１１に対して、磁気ギア３００の第１出力軸３１１が回転一体に連結されている。モータ４００は、モータケース４３０の内部にロータ４１０とステータ４２０とを有している。ロータ４１０は、モータ４００の軸心に配置され、回転軸４１１はロータ４１０と回転一体に設けられている。ステータ４２０は、ロータ４１０の径方向外側に、ロータ４１０と所定の間隔をあけて配置されている。ステータ４２０は、図示しない外部電源から供給された電力により、時間的に変動する回転磁界を発生させる。
【0028】
ロータ４１０は、ステータ４２０と磁気的に結合されており、ステータ４２０で発生した回転磁界により、モータ４００の軸心の回りに回転する。回転軸４１１は、ロータ４１０と回転一体に設けられているため、ロータ４１０とともに回転する。
【0029】
磁気ギア３００は、ギアケース３４０の内部に、原動ロータ３１０と受動ロータ３２０とステータ３３０とを備えている。受動ロータ３２０は、磁気ギア３００の軸心に配置され、第２出力軸３２１を有している。第２出力軸３２１は、ギアケース３４０の外部に突出している。
【0030】
原動ロータ３１０は、受動ロータ３２０の径方向外側に、受動ロータ３２０と所定の間隔をあけて配置されている。原動ロータ３１０は、軸心部分が中空である中空構造の第１出力軸３１１を有しており、第１出力軸３１１は、第１方向に沿ってギアケース３４０の外部に突出している。第２出力軸３２１は、第１出力軸３１１の内部に第１出力軸３１１と所定の間隔をあけて収容されている。また、第２出力軸３２１も第１方向に沿ってギアケース３４０の外部に突出している。
【0031】
ステータ３３０は、原動ロータ３１０の径方向外側に、原動ロータ３１０と所定の間隔をあけて配置されている。ステータ３３０は、図示しない外部電源から供給された電力により、時間的に変動する回転磁界を発生させる。
【0032】
前述したように、磁気ギア３００の第１出力軸３１１は、モータ４００の回転軸４１１とともに回転する。一方、受動ロータ３２０は、原動ロータ３１０及びステータ３３０と磁気的に連結されていることにより、原動ロータ３１０が回転することで速度比Ｇｒにしたがって回転する。また、受動ロータ３２０は、磁気ギア３００の軸心回り、つまり、軸方向回りに回転する。なお、磁気ギア３００の軸心は、原動ロータ３１０及び第１出力軸３１１の軸心に相当する。第２出力軸３２１は、受動ロータ３２０と回転一体に設けられているため、受動ロータ３２０とともに回転する。この場合、第２出力軸３２１の回転速度は、前述したように、原動ロータ３１０の回転速度を速度比Ｇｒで除した値となる。
【0033】
なお、磁気ギアードモータ１００において、ステータ３０と原動ロータ１０と受動ロータ２０との配置関係は、図１に示す形に特に限定されない。同様に、磁気ギア３００において、ステータ３３０と原動ロータ３１０と受動ロータ３２０との配置関係は、図２に示す形に特に限定されない。例えば、図１に示す磁気ギアードモータ１００において、ステータ３０が径方向で最外側に配置されもよい。また、ステータ３０の内側に原動ロータ１０が配置され、さらにその内側に受動ロータ２０が配置されるようにしてもよい。
【0034】
図１に示す磁気ギアードモータ１００は、２つの異なる動作モードで動作可能に構成されている。第１モード（両軸駆動モード）では、第１出力軸１１と第２出力軸２１がともに回転する。この場合、前述したように、受動ロータ２０と原動ロータ１０とが互いに同調して回転する。つまり、受動ロータ２０及び第２出力軸２１が速度比Ｇｒにしたがって回転する。
【0035】
第２モード（片軸駆動モード）では、第１出力軸１１及び第２出力軸２１の一方が回転する。一方で、第１出力軸１１及び第２出力軸２１の他方が一方の回転から脱調する。例えば、図１に示す磁気ギアードモータ１００において、第１出力軸１１は、ステータ３０が発生させる回転磁界により回転する。一方、受動ロータ２０及び第２出力軸２１は、原動ロータ１０及び第１出力軸１１の回転から脱調する。場合によっては、受動ロータ２０及び第２出力軸２１は、回転を停止する。
【0036】
図２に示す磁気ギアードモータ２００も同様に、第１モード（両軸駆動モード）と第２モード（片軸駆動モード）のいずれかで動作可能に構成されている。磁気ギアードモータ２００において、第１出力軸３１１は、モータ４００の回転軸４１１とともに回転する。磁気ギアードモータ２００が第１モードで動作する場合、受動ロータ３２０及び第２出力軸３２１は、原動ロータ１０と同調して回転する。つまり、受動ロータ２０及び第２出力軸３２１が速度比Ｇｒにしたがって回転する。
【0037】
一方、磁気ギアードモータ２００が第２モードで動作する場合、受動ロータ３２０及び第２出力軸３２１は、原動ロータ３１０及び第１出力軸３１１の回転から脱調して、回転を停止する。
【0038】
なお、通常、磁気ギアードモータ１００，２００において、原動ロータ１０，３１０は高速かつ低トルクで回転し、受動ロータ２０，３２０は、原動ロータ１０，３１０に比べて低速かつ高トルクで回転する。また、第１モード及び第２モードの両方の動作モードで、基本的に、原動ロータ１０，３１０及び第１出力軸１１，３１１が回転する。
【0039】
また、原動ロータ１０，３１０の回転方向は一方向に限定されず、例えば、時計回り方向と反時計回り方向のいずれにも回転可能に構成されている。同様に、受動ロータ２０，３２０は、時計回り方向と反時計回り方向のいずれにも回転可能に構成されている。
【0040】
［磁気ギアードモータの駆動方法］
図３は、磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図を、図４は、別の脱調方法を説明する模式図を、図５は、ブレーキの一例をそれぞれ示す。図６は、磁気ギアードモータの回転同調の復帰方法を説明する模式図を示す。なお、図３，４，６及び以降に示す図７，８，１２において、モータケース４０の図示を省略している。
図３は、磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図を、図４は、別の脱調方法を説明する模式図を、図５は、ブレーキの一例をそれぞれ示す。図６は、磁気ギアードモータの回転同調の復帰方法を説明する模式図を示す。なお、図３，４，６及び以降に示す図７，８，１２において、モータケース４０の図示を省略している。
【0041】
図３～６に示す磁気ギアードモータ１００は、以下に示す点で図１に示す構造と異なる。まず、受動ロータ２０の径方向内側に原動ロータ１０が配置されている。また、第２出力軸２１が中空構造であり、第２出力軸２１の内部に第１出力軸１１が収容されている。
【0042】
前述した通り、受動ロータ２０は、ステータ３０及び原動ロータ１０とそれぞれ磁気的に結合されている。よって、磁気ギアードモータ１００が第１モードで動作する場合は、原動ロータ１０及び第１出力軸１１が回転すると、速度比Ｇｒにしたがって、受動ロータ２０及び第２出力軸２１も回転する。
【0043】
一方、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させる場合は、受動ロータ２０及び原動ロータ１０の一方の回転を、他方の回転から脱調させる必要がある。この手法は様々であり、本実施形態ではそのうちのいくつかを説明する。
【0044】
まず、図３に示すように、磁気ギアードモータ１００にブレーキ５０を搭載し、ブレーキ５０を動作させることで、受動ロータ２０の回転を制動するか、または受動ロータ２０を静止固定する方法がある。前者の場合、磁気ギアードモータ１００にコントローラ（図示せず）から第２モードへの移行命令が出力されると、ブレーキ５０が動作して受動ロータ２０に当接し、受動ロータ２０の回転を制動する。例えば、図５に示すように電磁式のブレーキ５０を用いると、応答速度を高めることができる。なお、図５に示すブレーキ５０は、コイル５１に通電することで、受動ロータ２０とブレーキ５０の本体部５２との間に吸引力が働き、本体部５２が受動ロータ２０に当接して、受動ロータ２０の回転を制動する。または、受動ロータ２０を静止固定する。
【0045】
なお、ブレーキ５０の構造は図５に示した例に特に限定されない。例えば、磁気摩擦を利用した公知のヒステリシスブレーキや磁力と機械的摩擦を利用した公知のパウダーブレーキ等を利用することができる。また、ブレーキ５０の構造を、受動ロータ２０の当接面に対しピンや凹凸（いずれも図示せず）を噛み合わせることで、受動ロータ２０の回転を固定する機械的なロック機構としてもよい。
【0046】
また、図４に示すように、磁気ギアードモータ１００にブレーキ５０を搭載し、受動ロータ２０を回してはずみを付けた後に、原動ロータ１０の回転を制動するか、または原動ロータ１０を静止固定してもよい。ブレーキ５０の構造は、図５に示したものでもよいし、前述した他の構造であってもよい。
【0047】
前者の方法、つまり、受動ロータ２０の回転を制動するか、受動ロータ２０を静止固定する方法は、原動ロータ１０に蓄積された慣性エネルギーを利用して、原動ロータ１０と同調して回転していた受動ロータ２０の回転を強制的に制動する。このようにして、原動ロータ１０を脱調させる。また、原動ロータ１０に脱調トルク以上の電流トルクを発生させることで、原動ロータ１０を脱調させてもよい。また、原動ロータ１０に蓄積された慣性エネルギーを利用しつつ、原動ロータ１０に脱調トルク以上の電流トルクを発生させてもよい。この場合も、原動ロータ１０を脱調させることができる。
【0048】
なお、受動ロータ２０をブレーキ５０で制働または静止固定させないと、発生した電流トルクにより、原動ロータ１０に回転加速度が生じてしまう。
【0049】
一方、後者の方法、つまり、原動ロータ１０の回転を制動するか、原動ロータ１０を静止固定する方法は、受動ロータ２０に蓄積された慣性エネルギーを利用している。つまり、受動ロータ２０と同調して回転していた原動ロータ１０の回転を強制的に制動することで、受動ロータ２０に脱調トルク以上のトルクが加わり、受動ロータ２０が脱調する。
【0050】
一方、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させる場合、磁気ギアードモータ１００の回転同調を復帰させる必要がある。この手法も様々であり、本実施形態ではそのうちのいくつかを説明する。
【0051】
まず、図６に示すように、原動ロータ１０を減速して、受動ロータ２０の回転と同調させる方法がある。また、原動ロータ１０の回転を一時的に停止して、受動ロータ２０の回転と同調させる方法がある。これらの方法により、受動ロータ２０の回転と原動ロータ１０の回転とを再び同調させることができる。
【0052】
［電気洗濯機の構成及び動作］
図７は、電気洗濯機の要部の断面模式図を示し、電気洗濯機６００は、磁気ギアードモータ１００と、ドラム（被駆動部）６１０と、パルセータ（被駆動部）６２０と、を少なくとも備えている。なお、図７に示す磁気ギアードモータ１００は、図１に示すのと同様の構造であるが、図２に示す構造であってもよい。
図７は、電気洗濯機の要部の断面模式図を示し、電気洗濯機６００は、磁気ギアードモータ１００と、ドラム（被駆動部）６１０と、パルセータ（被駆動部）６２０と、を少なくとも備えている。なお、図７に示す磁気ギアードモータ１００は、図１に示すのと同様の構造であるが、図２に示す構造であってもよい。
【0053】
図７に示すように、ドラム６１０は、第１出力軸１１に回転一体に接続されており、パルセータ６２０は、第２出力軸２１に回転一体に接続されている。
【0054】
このように構成された電気洗濯機６００を以下のように動作させる。まず、ドラム６１０に水を貯めて、衣類と洗剤とを投入する。この状態で、磁気ギアードモータ１００を第１モードで動作させると、第１出力軸１１及びこれに接続されたドラム６１０が回転する。また、これらの回転に同調して、第２出力軸２１及びこれに接続されたパルセータ６２０が回転する。ドラム６１０とパルセータ６２０の両方が回転して、ドラム６１０に貯められた水が攪拌され、衣類が洗濯される。前述したように、受動ロータ２０は、原動ロータ１０に比べて低速かつ高トルクで回転する。よって、第２出力軸２１に接続されたパルセータ６２０は、高トルクで回転する。このため、パルセータ６２０によりドラム６１０の内部の水が十分に攪拌される。
【0055】
一方、ドラム６１０に貯められた水を排出した後に、磁気ギアードモータ１００を第２モードで動作させると、原動ロータ１０及び第１出力軸１１が回転する。よって、第１出力軸１１に接続されたドラム６１０が回転する。一方、受動ロータ２０及び第２出力軸２１は、原動ロータ１０の回転から脱調した状態となる。よって、第２出力軸２１に接続されたパルセータ６２０は、ドラム６１０の内部で衣類が移動するのに応じて、供回りするのみである。したがって、衣類の脱水時において、パルセータ６２０が所定以上の回転トルクで衣類に衝突することが無い。よって、大きなダメージを与えること無く、衣類を脱水できる。また、大量の衣類を脱水する場合に、衣類の衝突によるパルセータ６２０の破損等を抑制できる。
【0056】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る磁気ギアードモータ１００は、第１出力軸１１を有する原動ロータ１０と、第２出力軸２１を有する受動ロータ２０と、原動ロータ１０及び受動ロータ２０とそれぞれ磁気的に結合されたステータ３０と、を少なくとも備えている。
以上説明したように、本実施形態に係る磁気ギアードモータ１００は、第１出力軸１１を有する原動ロータ１０と、第２出力軸２１を有する受動ロータ２０と、原動ロータ１０及び受動ロータ２０とそれぞれ磁気的に結合されたステータ３０と、を少なくとも備えている。
【0057】
第１出力軸１１は、原動ロータ１０と回転一体に設けられている。第２出力軸２１は、受動ロータ２０と回転一体に設けられるとともに、第１出力軸１１と同軸に配置されている。
【0058】
磁気ギアードモータ１００は、受動ロータ２０及び原動ロータ１０が互いに同調して回転する第１モード（両軸駆動モード）と、受動ロータ２０及び原動ロータ１０の一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モード（片軸駆動モード）のいずれかのモードで動作可能に構成されている。
【0059】
なお、磁気ギアードモータ２００は、磁気ギア３００とモータ４００とを備えていてもよい。この場合、磁気ギア３００は、第１出力軸３１１を有する原動ロータ３１０と、第２出力軸３２１を有する受動ロータ３２０と、原動ロータ３１０及び受動ロータ３２０とそれぞれ磁気的に結合されたステータ３３０と、を少なくとも備えている。
【0060】
第１出力軸３１１は、原動ロータ３１０と回転一体に設けられている。第２出力軸３２１は、受動ロータ３２０と回転一体に設けられるとともに、第１出力軸３１１と同軸に配置されている。また、原動ロータ３１０及び第１出力軸３１１は、外力、この場合は、モータ４００の回転駆動力を受けて軸方向回りに回転可能に構成されている。
【0061】
また、磁気ギア３００は、受動ロータ３２０及び原動ロータ３１０が互いに同調して回転する第１モード（両軸駆動モード）と、受動ロータ３２０及び原動ロータ３１０の一方が回転する間に、他方が一方の回転から脱調状態となる第２モード（片軸駆動モード）のいずれかのモードで動作可能に構成されている。
【0062】
モータ４００は、回転軸４１１を有するロータ４１０とステータ４２０とを少なくとも備えている。磁気ギア３００の第１出力軸３１１は、モータ４００の回転軸４１１に回転一体に接続されている。原動ロータ３１０及び第１出力軸３１１は、モータ４００の回転とともに回転する。
【0063】
磁気ギアードモータ１００，２００や磁気ギア３００をこのように構成することで、磁気ギアードモータ１００，２００の出力特性を可変にできる。また、高速回転する原動ロータ１０，３１０に対して、受動ロータ２０，３２０を低速回転させるにあたって、クラッチや減速機等を設ける必要が無く、磁気ギアードモータ１００，２００の小型化及び軽量化が図れる。
【0064】
また、本実施形態に係る電気洗濯機６００は、磁気ギアードモータ１００と、磁気ギアードモータ１００により駆動される被駆動部と、を少なくとも備えている。本実施形態に示す例では、被駆動部は、第１出力軸１１に接続されたドラム（被駆動部）６１０と、第２出力軸２１に接続されたパルセータ（被駆動部）６２０である。
【0065】
電気洗濯機６００をこのように構成することで、ドラム６１０とパルセータ６２０の両方を回転させて、衣類の洗濯を行うことができる。特に、パルセータ６２０を高トルクで回転させることができ、ドラム６１０の内部の水を十分に攪拌させて洗濯できる。このことにより、衣類の汚れを確実に落とすことができる。また、衣類の脱水時には、ドラム６１０のみを積極的に回転させるため、パルセータ６２０の回転により、衣類が大きなダメージを受けることが無い。
【0066】
なお、本実施形態に示す磁気ギアードモータ１００，２００は、電気洗濯機６００以外の装置、具体的には、磁気ギアードモータ１００，２００と、磁気ギアードモータ１００，２００により駆動される被駆動部と、を少なくとも備えた装置に適用できることは言うまでもない。このことについては後で述べる。
【0067】
また、磁気ギアードモータ１００は、ブレーキ５０をさらに備えていてもよい。その場合、本実施形態に係る磁気ギアードモータ１００の駆動方法は、以下のステップを有する。
【0068】
磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させる場合、ブレーキ５０を動作させて、受動ロータ２０の回転を制動するか、または受動ロータ２０を静止固定する。
【0069】
このようにすることで、原動ロータ１０に蓄積された慣性エネルギーに起因して、原動ロータ１０に脱調トルク以上のトルクが加わり、原動ロータ１０が脱調する。このことにより、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させることができる。
【0070】
なお、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させる場合、受動ロータ２０にはずみを付けた後に、ブレーキ５０を動作させて、受動ロータ２０の回転を制動するか、または受動ロータ２０を静止固定してもよい。
【0071】
また、本実施形態に係る磁気ギアードモータ１００の駆動方法は、以下のステップを備えていてもよい。つまり、原動ロータ１０の回転を減速して、受動ロータ２０の回転と同調させることで、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させるようにしてもよい。
【0072】
このようにすることで、第２モードから第１モードへの移行を簡便かつ確実に行うことができる。
【0073】
なお、原動ロータ１０の回転を一時的に停止して、受動ロータ２０の回転と同調させることで、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させてもよい。
【0074】
＜変形例＞
図８は、本変形例に係る磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図を示す。図９Ａは、変形例に係る磁気ギアードモータの要部の斜視図を示し、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ－ＩＸＢ線での断面模式図を示す。なお、図８及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図８は、本変形例に係る磁気ギアードモータの脱調方法を説明する模式図を示す。図９Ａは、変形例に係る磁気ギアードモータの要部の斜視図を示し、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ－ＩＸＢ線での断面模式図を示す。なお、図８及び以降に示す各図面において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0075】
前述したように、原動ロータ１０及び受動ロータ２０の一方を脱調させる方法、つまり、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させる方法は、実施形態１に示した方法に特に限定されない。
【0076】
例えば、図８の左側の図に示すように、ステータ３０に設けられたコイル（図示せず）に大電流を流し、ステータ３０で発生する回転磁界を強めるようにしてもよい。この場合、原動ロータ１０の回転が所定値以上に急加速するため、受動ロータ２０の回転が脱調し、動作モードが第２モードに移行する。
【0077】
また、図８の右側の図に示すように、ステータ３０で発生する回転磁界の回転方向を反転させることで、原動ロータ１０の回転方向を急反転させるようにしてもよい。この場合、ステータ３０で発生する回転磁界の回転方向を複数回反転させてもよい。このようにすることで、原動ロータ１０は正転と反転を繰り返すため、受動ロータ２０の回転が容易に脱調し、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードに移行させることができる。
【0078】
また、磁気ギアードモータ１００の回転指令に特定の周波数成分を重畳させることで、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第１モードから第２モードに移行させてもよい。なお、ここで言う回転指令とは、速度指令またはトルク指令である。
【0079】
【0080】
図９に示すように、受動ロータ２０と原動ロータ１０の磁気的結合状態を模式的に示した場合、両者の間に所定の共振周波数を有する磁気ばね７０が仮想的に存在していると言える。したがって、磁気ギアードモータ１００の回転指令にこの共振周波数と略同じ周波数成分を重畳させると、受動ロータ２０と原動ロータ１０との間に共振が起こり、受動ロータ２０と原動ロータ１０の回転位相差が振動する。その振動の振幅が所定値を超えたとき、原動ロータ１０及び受動ロータ２０の回転が同調しなくなる。
【0081】
図１０に示す例で言えば、回転指令の周波数が１００Ｈｚとなる近傍で、受動ロータ２０のゲインが大きく変動する。なお、ここで言う「ゲイン」とは、周波数伝達関数の入出力の振幅比である。図１０から明らかなように、この傾向は、磁気ギアードモータ１００内の各構成部品を数式モデル化したシミュレーション結果及び実機を用いた検証結果の両方に共通して見られた。
【0082】
なお、図９に示すように、原動ロータ１０は、慣性モーメントＪＭを有する回転体としてモデル化される。受動ロータ２０は、慣性モーメントＪＬを有する回転体としてモデル化される。原動ロータ１０と受動ロータ２０の磁気結合は、原動ロータ１０と受動ロータ２０を連結するばね定数Ｋを有する磁気ばね７０としてモデル化される。
【0083】
原動ロータ１０は、回転トルクＴＭと磁気ばね７０からの回転トルクＴＣを受けて、角速度ωＭで回転する。一方、受動ロータ２０は、磁気ばね７０からの回転トルクＴＣと出力軸側からの反作用回転トルクＴＬを受けて、角速度ωＬで回転する。
【0084】
したがって、磁気ギアードモータ１００は、２慣性系の運動モデルとなり、原動ロータ１０の慣性モーメントＪＭ、受動ロータ２０の慣性モーメントＪＬ、磁気ばね７０のばね定数Ｋに依存する共振周波数を持つ。
【0085】
つまり、磁気ギアードモータ１００の回転指令に周波数が１００Ｈｚ程度の成分を重畳させることで、受動ロータ２０の回転が原動ロータ１０の回転から脱調する。その結果、磁気ギアードモータ１００の動作モードが第１モードから第２モードに移行する。この方法によれば、磁気ギアードモータ１００の動作モードを簡便に移行させることができる。
【0086】
図１１は、本変形例に係る磁気ギアードモータの動作シミュレーション結果を示す。
【0087】
図１１に示す例では、原動ロータ１０の速度指令値を、０秒から８秒までの間に徐々に引き上げて増加させる。８秒から２０秒までの間は、速度指令値を１５５０ｒ．ｐ．ｍ．に保つ。なお、この時点で、受動ロータ２０との回転速度比は７．７５となった。２０秒を過ぎてから、速度指令値に共振周波数の脈動成分を重畳させる。その結果、受動ロータ２０が脱力し、受動ロータ２０に生じている摩擦等の損失によって、受動ロータ２０の運動エネルギーが徐々に減少する。これを受けて、図１１に示すように、受動ロータ２０の回転数が低下し、受動ロータ２０が脱調するに至ることが確かめられた。
【0088】
また、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させる方法も、実施形態１に示した方法に特に限定されない。
【0089】
図１２は、本変形例に係る磁気ギアードモータの回転同調の復帰方法を説明する模式図を示す。
【0090】
例えば、図１２に示すように、磁気ギアードモータ１００に回転機構５００を設けてもよい。回転機構５００は、モータ（図示せず）と回転軸５１１とを有する回転部５１０と、回転軸５１１の先端に接続された歯車５２０とを有している。歯車５２０は、受動ロータ２０の外周面２０ａに当接している。なお、図示しないが、受動ロータ２０の外周面２０ａには、外周方向にわたって歯車５２０と噛み合う複数の歯（図示せず）が設けられている。
【0091】
受動ロータ２０が回転停止している状態で、回転機構５００を駆動すると、回転部５１０の回転に応じて歯車５２０が回転し、歯車５２０と噛み合った受動ロータ２０も回転する。受動ロータ２０の回転速度を原動ロータ１０との回転同調速度に近づけることで、原動ロータ１０の回転と受動ロータ２０の回転とが同調し、磁気ギアードモータ１００の動作モードが第２モードから第１モードに移行する。
【0092】
（実施形態２）
図１３Ａは、本実施形態に係る磁気ギアードモータを軸方向から見た模式図を、図１３Ｂは、径方向から見た模式図をそれぞれ示す。図１４Ａは、本実施形態に係る搬送装置をＺ方向から見た模式図を示し、図１４Ｂは、Ｘ方向から見た模式図を示す。
図１３Ａは、本実施形態に係る磁気ギアードモータを軸方向から見た模式図を、図１３Ｂは、径方向から見た模式図をそれぞれ示す。図１４Ａは、本実施形態に係る搬送装置をＺ方向から見た模式図を示し、図１４Ｂは、Ｘ方向から見た模式図を示す。
【0093】
なお、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、ボールねじ７１０の長手方向をＸ方向とし、ラック―ピニオン機構７２０の長手方向をＹ方向とする。Ｘ方向はＹ方向と交差している。また、Ｘ方向及びＹ方向とそれぞれ交差する方向をＺ方向とする。また、図１４Ａにおいて、台座７６０の図示を、図１４Ｂにおいて、ボールねじ７１０と搬送部７５０の図示をそれぞれ省略している。
【0094】
図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、本実施形態の磁気ギアードモータ１００は、第１出力軸１１が第２出力軸２１の内側に配置されている。したがって、図示しないが、原動ロータ１０は、受動ロータ２０の径方向内側に配置されている。なお、ステータ３０は、磁気ギアードモータ１００の軸心に配置されていてもよいし、受動ロータ２０の径方向外側に配置されていてもよい。また、第１出力軸１１及び第２出力軸２１は、ともに第１方向に突出している。
【0095】
【0096】
図１４Ａ及び図１４Ｂに示す搬送装置７００は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す磁気ギアードモータ１００と、ボールねじ（被駆動部）７１０と、ラック―ピニオン機構７２０とを備えている。また、搬送装置７００は、搬送部（被駆動部）７５０と、リニアガイド７４０と、台座７６０とを備えている。
【0097】
ボールねじ７１０は、第１出力軸１１に回転一体に接続されている。また、ボールねじ７１０は第１出力軸１１と同軸に設けられている。Ｘ方向は、第１方向と略一致している。
【0098】
ラック―ピニオン機構７２０は、第２出力軸２１の回転運動をＹ方向への直線運動に変換する機構である。Ｙ方向に直線状に設けられたラック（固定部）７３０の表面に、複数の歯（図示せず）が形成されている。第２出力軸２１の外周面２１ａにも、外周方向にわたって複数の歯（図示せず）が形成されている。つまり、第２出力軸２１は、ラック―ピニオン機構７２０のピニオンに相当する。
【0099】
リニアガイド７４０は、Ｘ方向に沿って直線状に設けられた第１ガイド７４１と、Ｙ方向に沿って直線状に設けられた第２ガイド７４２とを有している。第１ガイド７４１及び第２ガイド７４２は、それぞれ磁気ギアードモータ１００に接続されている。
【0100】
第１ガイド７４１は、ボールねじ７１０に接続された搬送部７５０がＸ方向に移動する際のガイドとして機能する。
【0101】
台座７６０は、平坦な上面を有する板状の部材である。搬送部７５０は、台座７６０に支持されて、台座７６０の上面を移動可能に構成されている。
【0102】
搬送部７５０には、図示しない貫通孔が設けられており、貫通孔の内面には、ボールねじ７１０の表面に設けられたねじ山に対応したねじ山が切られている。ボールねじ７１０は、貫通孔の内面に当接しつつ、搬送部７５０を貫通している。第１出力軸１１とともにボールねじ７１０が回転すると、搬送部７５０は、その回転方向や回転量に応じて、Ｘ方向に沿って移動する。
【0103】
第２ガイド７４２は、ラック７３０に当接して、ラック７３０を保持する。また、第２ガイド７４２は、搬送部７５０及び磁気ギアードモータ１００がＹ方向に移動する際のガイドとして機能する。
【0104】
第２出力軸２１に設けられた歯がラック７３０に設けられた歯と噛み合いつつ、第２出力軸２１が回転することで、磁気ギアードモータ１００及びこれに接続された第１ガイド７４１がＹ方向に移動する。また、第１出力軸１１に接続されたボールねじ７１０及び第１ガイド７４１に接続された搬送部７５０も同時にＹ方向に移動する。
【0105】
つまり、搬送部７５０は、第１出力軸１１が回転することで、Ｘ方向に移動可能に構成されている。さらに、搬送部７５０は、第２出力軸２１が回転することで、Ｙ方向に移動可能に構成されている。
【0106】
なお、実際には、磁気ギアードモータ１００が第１モードで動作した場合、第１出力軸１１と第２出力軸２１の両方が回転するため、搬送部７５０は、Ｘ方向とＹ方向とで規定されるＸＹ平面、この場合は、台座７６０の上面を移動する。一方、磁気ギアードモータ１００が第２モードで動作した場合、第１出力軸１１のみが回転する。このため、搬送部７５０は、Ｘ方向にのみ移動する。
【0107】
従来、２つの異なる方向に搬送部７５０を移動させようとすると、２つのモータが必要であった。一方、本実施形態によれば、１つの磁気ギアードモータ１００の動作モードを切り替えることで、搬送部７５０をＸＹ平面の任意の位置に移動させることができる。このことにより、搬送装置７００のサイズが大きくなるのを抑制できる。また、搬送装置７００のコストを低減できる。
【0108】
（その他の実施形態）
実施形態１，２及び変形例に示す各構成要素を適宜組み合わせて新たな実施形態とすることもできる。例えば、図２に示す磁気ギアードモータ２００に、変形例に示す回転の脱調方法や回転同調の復帰方法を適用してもよい。また、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させるにあたって、図６に示す方法と図１２に示す方法とを組み合わせてもよい。
実施形態１，２及び変形例に示す各構成要素を適宜組み合わせて新たな実施形態とすることもできる。例えば、図２に示す磁気ギアードモータ２００に、変形例に示す回転の脱調方法や回転同調の復帰方法を適用してもよい。また、磁気ギアードモータ１００の動作モードを第２モードから第１モードに移行させるにあたって、図６に示す方法と図１２に示す方法とを組み合わせてもよい。
【0109】
また、実施形態１，２及び変形例に示す磁気ギアードモータ１００，２００では、第１出力軸１１，３１１及び第２出力軸２１，３２１は、ともに第１方向に突出している。
【0110】
しかし、本開示の磁気ギアードモータ１００，２００は、特にこれに限定されない。例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、第１出力軸１１と第２出力軸２１とが、軸方向に沿って互いに反対方向に突出するように設けられてもよい。つまり、第２出力軸２１が、第１出力軸１１と同軸に設けられる一方、第１方向と反対側に突出していてもよい。
【0111】
このようにすることで、磁気ギアードモータ１００，２００に接続される被駆動部の配置の自由度を高められる。また、被駆動部に接続された部品の可動領域を変更することができる。このことにより、磁気ギアードモータ１００，２００を備えた装置を種々の用途に用いることができる。
【0112】
なお、図１５Ａ及び図１５Ｂに示す例では、磁気ギアードモータ１００が第１モードで動作する場合、第１出力軸１１の回転速度ωａを１０００ｒ．ｐ．ｍ．とし、回転トルクＴａを１Ｎ・ｍとしている。また、第２出力軸２１の回転速度ωｂを２００ｒ．ｐ．ｍ．とし、回転トルクＴｂを５Ｎ・ｍとしている。ただし、これらの値は、図１５Ａ及び図１５Ｂに示す例に特に限定されず、適宜別の値を取りうる。
【0113】
同様に、磁気ギアードモータ１００が第２モードで動作する場合、第１出力軸１１の回転速度ωａを３０００ｒ．ｐ．ｍ．とし、回転トルクＴａを０Ｎ・ｍとしているが、適宜別の値を取りうる。例えば、回転トルクＴａを０に近い低トルクとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0114】
本開示の磁気ギア及び磁気ギアードモータは、出力特性を可変にできるとともに、小型化かつ軽量化が可能であり、モータにより駆動される被駆動部を有する装置に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【0115】
１０ 原動ロータ
１１ 第１出力軸
２０ 受動ロータ
２１ 第２出力軸
３０ ステータ
４０ モータケース
５０ ブレーキ
７０ 磁気ばね
１００ 磁気ギアードモータ
２００ 磁気ギアードモータ
３００ 磁気ギア
３１０ 原動ロータ
３１１ 第１出力軸
３２０ 受動ロータ
３２１ 第２出力軸
３３０ ステータ
３４０ ギアケース
４００ モータ
４１０ ロータ
４２０ ステータ
４３０ モータケース
５００ 回転機構
５１０ 回転部
５１１ 回転軸
５２０ 歯車
６００ 電気洗濯機
６１０ ドラム（被駆動部）
６２０ パルセータ（被駆動部）
７００ 搬送装置
７１０ ボールねじ（被駆動部）
７２０ ラック―ピニオン機構
７３０ ラック
７４０ リニアガイド
７４１ 第１ガイド
７４２ 第２ガイド
７５０ 搬送部（被駆動部）
７６０ 台座
１１ 第１出力軸
２０ 受動ロータ
２１ 第２出力軸
３０ ステータ
４０ モータケース
５０ ブレーキ
７０ 磁気ばね
１００ 磁気ギアードモータ
２００ 磁気ギアードモータ
３００ 磁気ギア
３１０ 原動ロータ
３１１ 第１出力軸
３２０ 受動ロータ
３２１ 第２出力軸
３３０ ステータ
３４０ ギアケース
４００ モータ
４１０ ロータ
４２０ ステータ
４３０ モータケース
５００ 回転機構
５１０ 回転部
５１１ 回転軸
５２０ 歯車
６００ 電気洗濯機
６１０ ドラム（被駆動部）
６２０ パルセータ（被駆動部）
７００ 搬送装置
７１０ ボールねじ（被駆動部）
７２０ ラック―ピニオン機構
７３０ ラック
７４０ リニアガイド
７４１ 第１ガイド
７４２ 第２ガイド
７５０ 搬送部（被駆動部）
７６０ 台座
【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13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】