特許 7075044 磁気歯車

(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】

(24)【登録日】2022-05-17

(45)【発行日】2022-05-25

(54)【発明の名称】磁気歯車

(51)【国際特許分類】

   F16H 49/00 20060101AFI20220518BHJP

   H02K 49/10 20060101ALI20220518BHJP

【ＦＩ】

F16H49/00 A

H02K49/10 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018053877

(22)【出願日】2018-03-22

(65)【公開番号】P2019167972

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2021-03-04

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(73)【特許権者】

【識別番号】303049418

【氏名又は名称】株式会社プロスパイン

(72)【発明者】

【氏名】中村 健二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雄真

(72)【発明者】

【氏名】大石 悠平

(72)【発明者】

【氏名】瀧川 眞喜人

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２５７０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０７７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９４２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ４９／００

Ｈ０２Ｋ ４９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に
複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周
方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
を有し、
前記アウター歯車には、同極が対向する向きで隣接する一対の前記アウター磁石に
挟まれた磁極部が複数形成され、
前記磁極部を挟む前記一対の前記アウター磁石は、外径側よりも内径側の方が間隔が
広くなるように配置されていることを特徴とする磁気歯車。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気歯車において、
前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、
前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。

【請求項3】

請求項２に記載の磁気歯車において、
前記アウター磁石における一端の縁の少なくとも一部は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気歯車において、
前記インナー歯車には、同極が対向する向きで隣接する一対の前記インナー磁石に挟まれた磁極部が複数形成され、
前記磁極部を挟む前記一対の前記インナー磁石は、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置されていることを特徴とする磁気歯車。

【請求項5】

請求項４に記載の磁気歯車において、
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、
前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。

【請求項6】

請求項５に記載の磁気歯車において、
前記インナー磁石における一端の縁の少なくとも一部は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。

【請求項7】

インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複 数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方 向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車とを有し、
前記インナー歯車には、同極が対向する向きで隣接する一対の前記インナー磁石に挟まれたインナーヨークの磁極部が複数形成され、
前記磁極部を挟む前記一対の前記インナー磁石は、長尺方向が対向する態様で且つ、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置され、
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。

【請求項8】

請求項７に記載の磁気歯車において、
前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気を利用した歯車により非接触でトルクを伝達する磁気歯車に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な歯車機構は複数の歯車を用い、その歯数比によって変速を行っており、歯同士の接触による振動・騒音が発生するとともに、摩耗による機械的寿命があり、しかも注油などのメンテナンスが必要となる。これに対して、磁気を利用して非接触でトルクを伝達する磁気歯車の開発および実用化が進められている。磁気歯車では非接触でトルク伝達を行うことから上記のような不都合がない。

【0003】

磁気歯車の一般的構成としては、例えば特許文献１に示されるように、周方向に複数の磁石を配列したインナー歯車およびアウター歯車と、周方向に複数のポールピースを配列したセンターリングとを備え、内径側から外径側に向かってインナー歯車、センターリングおよびアウター歯車の順で同心かつ相対回転可能に構成される。インナー歯車、センターリングおよびアウター歯車のうちいずれか１つを入力部とし、いずれか１つを出力部とし、変速して回転伝達を行う。

【0004】

非特許文献１では、磁気歯車のセンターロータを固定する場合とアウター歯車を固定する場合とでは異なる変速比が得られること、およびそれらの変速比の計算式が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－２２５２０９号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】安藤「磁気歯車の開発動向」、日本ＡＥＭ学会誌、Ｖｏｌ２４、Ｎｏ．２、２０１６年、ｐ．１５―２０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このような磁気歯車では磁気的に非接触でトルクを伝達する構造であることからその伝達トルクに限度があり、伝達可能トルクの一層の向上が望まれている。

【0008】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、伝達可能トルクを増大させることのできる磁気歯車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる磁気歯車は、インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記アウター歯車には、同極が対向する向きで隣接する一対の前記アウター磁石に挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁極部を挟む前記一対の前記アウター磁石は、外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるように配置されていることを特徴とする。

【0010】

前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。

【0011】

前記アウター磁石における一端の縁の少なくとも一部は、前記開口部の縁と一致していてもよい。

【0012】

前記インナー歯車には、同極が対向する向きで隣接する一対の前記インナー磁石に挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁極部を挟む前記一対の前記インナー磁石は、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置されていてもよい。

【0013】

前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。

【0014】

前記インナー磁石における一端の縁の少なくとも一部は、前記開口部の縁と一致していてもよい。

【0015】

また、本発明にかかる磁気歯車は、インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記インナー歯車には、隣接する一対の前記インナー磁石に挟まれた磁極部が複数形成され、同極が対向する向きで前記磁極部を挟む前記一対の前記インナー磁石は、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置され、前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする。

【0016】

前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明にかかる磁気歯車では、磁極部を挟む一対のアウター磁石は、同極が対向する向きでかつ外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるように配置され、または、磁極部を挟む一対のインナー磁石は、同極が対向する向きでかつ内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置されている。これにより、磁極部の磁力がセンターリングに指向されやすくなり、アウター歯車、センターリングおよびインナー歯車の間における磁気的作用が強まり、伝達可能トルクを増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車を示す分解斜視図である。

【図2-1】図２－１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。

【図2-2】図２－２は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。

【図3】図３は、第１の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの正面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。

【図5】図５は、第２の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。

【図6】図６は、第３の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの正面図である。

【図7】図７は、解析の比較対象である磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明にかかる磁気歯車の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下、方向を識別するために、図１における軸方向を基準として右上方向をＸ１方向、左下方向をＸ２方向とし、各図に方向を示す矢印を表記する。また、内側および内径方向とは回転軸中心を向く方向で、外側または外径方向とはその逆方向とする。さらに、ボルトについてはサイズおよびタイプに拘わらず全てボルトＢと呼ぶ。

【0020】

図１、図２－１に示すように、第１の実施形態にかかる磁気歯車１０ａは、アウター歯車体１２と、インナー歯車１４と、センター体１６と、アウター軸１８と、インナー軸２０と、ベース２２とを有する。

【0021】

アウター歯車体１２はケーシング２４と、アウター歯車２６と、アウター側面部２８とを有する。ケーシング２４は筒体であって、磁気歯車１０ａにおいてベース２２を除く本体部の外枠を形成する。

【0022】

アウター歯車２６はアウターヨーク２６ａと、ＮＬ＝３１極対に対応したアウター磁石２６ｂとを有する。アウター歯車２６では１極対あたり４つの磁石が使用され、全部で１２４（＝３１×４）個のアウター磁石２６ｂが用いられている（図３参照）。つまり、アウター磁石２６ｂの個数は４の倍数になる。アウター歯車２６は低速ロータとも呼ばれる。アウター歯車２６のさらに詳細な構成については後述する。

【0023】

アウター側面部２８は磁気歯車１０ａのＸ１方向側を覆う蓋体であり、複数のボルトＢによりケーシング２４のＸ１方向端面に固定され、アウター歯車２６に対して回転不能で一体的に回転する。アウター側面部２８はインナー軸２０が挿通可能な中心孔２８ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部２８ｂと、６つのボルト孔であるベース固定部２８ｃとを有する。軸固定部２８ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部２８ｃは軸固定部２８ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定可能である（図２－２参照）。軸固定部２８ｂとベース固定部２８ｃとの間にはＸ１方向に突出する環状突起２８ｄが設けられ、該環状突起２８ｄよりも内径側は浅い嵌合溝２８ｅが形成されている。軸固定部２８ｂは嵌合溝２８ｅの底部に設けられている。

【0024】

インナー歯車１４はインナーヨーク１４ａと、ＮＨ＝３極対に対応したインナー磁石１４ｂとを有する。インナー歯車１４では１極対あたり４つの磁石が使用され、全部で１２（＝３×４）個のインナー磁石１４ｂが用いられている（図３参照）。つまり、インナー磁石１４ｂの個数は４の倍数になる。インナー歯車１４の中心にはインナー軸２０が挿通して固定されるインナー軸固定孔１５が設けられている。インナー歯車１４は高速ロータとも呼ばれる。インナー歯車１４のさらに詳細な構成については後述する。

【0025】

センター体１６はセンターリング３０と、センター側面部３２とを有する。センターリング３０はポールホルダ３０ａと、ＮＳ＝３４個のポールピース３０ｂとを有する。ポールホルダ３０ａは非磁性体の筒体である。ポールピース３０ｂは軟磁性体であって、ポールホルダ３０ａに対して周方向に等角度に配列されている。インナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、アウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂおよびポールピース３０ｂは、それぞれ軸方向位置と軸方向長さが略等しくなるように設定されている（図２－１参照）。

【0026】

なお、アウター歯車２６におけるアウター磁石２６ｂの極対数ＮＬ、インナー歯車１４におけるインナー磁石１４ｂの極対数ＮＨおよびセンターリング３０におけるポールピース３０ｂの個数ＮＳは、
ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨ
という関係が成立するように選定される。
磁気歯車１０ａではＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３であり、
３４＝３１＋３
という関係が成立している。

【0027】

センター側面部３２は磁気歯車１０ａのＸ２方向側を覆う蓋体である。センターリング３０とセンター側面部３２とは一体成形されて相対回転不能であり、センター側面部３２の外周部がセンターリング３０のＸ２方向端面と接続されている。センター側面部３２はインナー軸２０が挿通可能な中心孔３２ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部３２ｂと、等角度に配置された６つのボルト孔であるベース固定部３２ｃとを有する。軸固定部３２ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部３２ｃは軸固定部３２ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定される。軸固定部３２ｂとベース固定部３２ｃとの間にはＸ２方向に突出する環状突起３２ｄが設けられ、該環状突起３２ｄよりも内径側は浅い嵌合溝３２ｅが形成されている。軸固定部３２ｂは嵌合溝３２ｅの底部に設けられている。

【0028】

６つの軸固定部３２ｂおよび上記の６つの軸固定部２８ｂは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれアウター軸１８が固定可能である。６つのベース固定部３２ｃおよび上記の６つのベース固定部２８ｃは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれベース２２が固定可能である。

【0029】

センター側面部３２はアウター側面部２８の外周近傍を除く内径側部分と同一の対称構造となっており、中心孔２８ａと中心孔３２ａ、軸固定部２８ｂと軸固定部３２ｂ、ベース固定部２８ｃとベース固定部３２ｃ、環状突起２８ｄと環状突起３２ｄ、および嵌合溝２８ｅと嵌合溝３２ｅはそれぞれ同一形状で同配置となっている。

【0030】

アウター軸１８およびインナー軸２０は、駆動機構および従動機構が接続される入出力部である。アウター軸１８はフランジ１８ａと、該フランジ１８ａから一方に突出した軸部１８ｂと、フランジ１８ａに設けられた等間隔で６つの孔１８ｃとを有する。ボルトＢが孔１８ｃを通って軸固定部２８ｂに螺合されると、アウター軸１８はアウター側面部２８に固定され、軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。フランジ１８ａは嵌合溝２８ｅに嵌合して安定する。アウター軸１８はアウター側面部２８およびセンター側面部３２のいずれにも固定可能でありアウター／センター兼用軸または低速軸とも呼ばれ得るものだが、ここでは単にアウター軸１８と称する。

【0031】

インナー軸２０は長尺な円柱軸形状であって、インナー軸固定孔１５に対して機械的（例えば、キー、スプライン、Ｄカット構造）に接続され、インナー歯車１４に対して回転不能で一体的に回転する。インナー軸２０はインナー軸固定孔１５に対して着脱可能で、軸方向逆向きに組み替え可能な構成となっている。インナー軸２０のＸ１方向端部近傍はアウター側面部２８の中心孔２８ａに対してベアリング３４ａで軸支されている。インナー軸２０のほぼ中心部はセンター側面部３２の中心孔３２ａに対してベアリング３４ｂで軸支されている。ベアリング３４ａ，３４ｂの内輪とインナー歯車１４との間にはそれぞれスペーサ３６ａ，３６ｂが介挿されている。ベアリング３４ａ，３４ｂはスナップリング３８ａ，３８ｂにより抜け止め処理されている。インナー歯車１４はベアリング３４ａ、３４ｂによりアウター歯車体１２およびセンター体１６に対して相対回転可能となっている。インナー軸２０は高速軸とも呼ばれ得る。

【0032】

アウター側面部２８の一部とセンターリング３０のＸ１方向端内周面との間にはベアリング４０ａが設けられている。センター側面部３２のＸ２方向端外周面とケーシング２４のＸ２方向端内周面との間にはベアリング４０ｂが設けられている。ベアリング４０ａ，４０ｂによりアウター歯車体１２とセンター体１６とは相対回転可能となっている。

【0033】

ベース２２は固定台としての機能を備え、側面視でＬ字形状であって側板２２ａとベース板２２ｂとを有する。側板２２ａは、ベース板２２ｂと直交して立設している。側板２２ａは、中心に設けられた軸挿通孔２２ｃと、該軸挿通孔２２ｃの周囲で等角度に設けられた６つの孔２２ｄとを有する。ボルトＢが孔２２ｄを通ってベース固定部３２ｃに螺合されると、ベース２２はセンター側面部３２に固定される。軸挿通孔２２ｃはアウター軸１８、フランジ１８ａおよびインナー軸２０が挿通可能な径となっている。軸挿通孔２２ｃの一端には浅い環状切欠２２ｅが設けられ、該環状切欠２２ｅには環状突起２８ｄまたは環状突起３２ｄが嵌合可能となっている。軸挿通孔２２ｃと嵌合溝２８ｅ，３２ｅとは同径となっている。

【0034】

図２－１に示すように、アウター軸１８はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔３２ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ２方向に突出するように組み立てられている。アウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はセンター体１６のセンター側面部３２に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。

【0035】

このとき、アウター軸１８を入力側、インナー軸２０を出力側とした場合の変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝－ＮＬ／ＮＨ＝－３１／３＝－１０．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１０．３３であり、マイナス符号であるから回転方向は逆向きとなる。

【0036】

一方、図２－２に示すように、アウター軸１８はセンター体１６のセンター側面部３２にも固定可能であり、この場合には軸部１８ｂはＸ２方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔２８ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ１方向に突出するように組み立てられる。この場合もアウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。

【0037】

このとき、変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝ＮＳ／ＮＨ＝３４／３＝＋１１．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１１．３３であり、プラス符号であるから回転方向は順向きとなる。なお、磁気歯車１０ａ～１０ｃの磁気作用で変速動作が得られる原理については、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように公知であるからここでは説明を省略する。

【0038】

インナー歯車１４およびアウター歯車２６の構造について図３および図４を参照しながらさらに詳細に説明する。

【0039】

図３および図４に示すように、アウターヨーク２６ａおよびインナーヨーク１４ａは筒体であることから、それぞれの内周面および外周面は回転軸中心の円周面であって無駄な凹凸がない。したがって、インナーヨーク１４ａの外周面とセンターリング３０の内周面との隙間は十分に狭く、またアウターヨーク２６ａの内周面とセンターリング３０の外周面との隙間は十分に狭い。特に後述する磁極部２６ｄおよび磁極部１４ｄとセンターリング３０との隙間が狭く、それぞれ磁気の力を作用させやすい。

【0040】

アウター歯車２６のアウターヨーク２６ａは軟磁性体であり、ケーシング２４の内周面に固定された筒体である。アウターヨーク２６ａは、アウター磁石孔２６ｃと、磁極部２６ｄと、ブリッジ２６ｅと、挟持部２６ｆとを有する。

【0041】

磁極部２６ｄは、内径側のセンターリング３０に対して磁束を指向させる疑似的な磁極として作用する部分であり、ＮＬ＝３１極対に対応して６２か所設けられている。このうち１つおきの３２か所がＮ極であり、他の３２か所がＳ極である。図４では磁極部２６ｄのうちＮ極となる所を符号２６ｄｎで識別し、Ｓ極となる所を符号２６ｄｓで識別している。なお、図４、図５では理解が容易となるようにアウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂにおいてＮ極をドット地、Ｓ極を白地として識別している。

【0042】

アウター磁石孔２６ｃはアウター磁石２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク２６ａの内周面側に開口部２６ｇを有する。アウター磁石２６ｂはアウター磁石孔２６ｃと同形状であって、開口部２６ｇ以外の３辺はアウター磁石孔２６ｃと隙間なく接しており、その内側端部は開口部２６ｇの縁２６ｈと一致している。

【0043】

アウター磁石２６ｂおよびアウター磁石孔２６ｃは矩形で、アウターヨーク２６ａに対して径方向に対してやや傾斜した向きに長尺で、かつ外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるような略Ｖ字形状に配置されている。個々の磁極部２６ｄは周方向両側をアウター磁石２６ｂで挟まれており、かつ外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるような狭い略扇形状である。

【0044】

アウター磁石２６ｂは短尺方向に着磁されており、磁極部２６ｄを挟んで同極が対向する向きとなっている。図４ではＮ極の磁極部２６ｄｎを挟んでいるアウター磁石２６ｂのＮ極側部分を符号２６ｂｎで識別し、Ｓ極の磁極部２６ｄｓを挟んでいるアウター磁石２６ｂのＳ極側部分を符号２６ｂｓで識別している。すなわち、一対のアウター磁石２６ｂｎは磁極部２６ｄｎを挟んでＮ極同士が対向しており、一対のアウター磁石２６ｂｓは磁極部２６ｄｓを挟んでＳ極同士が対向している。

【0045】

アウター磁石２６ｂｎ同士またはアウター磁石２６ｂｓ同士で挟まれる部分が磁極部２６ｄであり、アウター磁石２６ｂｎとアウター磁石２６ｂｓで挟まれる三角部分が挟持部２６ｆとなる。隣り合う磁極部２６ｄと挟持部２６ｆは外側でブリッジ２６ｅにより相互に接続されている。

【0046】

このように、磁極部２６ｄは、両側を同極のアウター磁石２６ｂで挟まれており、しかも内径側が広がるような形状であることから強い磁力をセンターリング３０に作用させることができ、伝達トルクが増大する。また、磁極部２６ｄは外径側が十分に狭く形成されており、外側への磁力の漏れが少なく、内径側へ作用する磁力を強めることができる。

【0047】

上記のように、アウター磁石孔２６ｃは内周面側に開口部２６ｇを有している。アウター磁石孔２６ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま内側に開口していて開口部２６ｇには凹凸がない。また、アウター磁石孔２６ｃはアウター磁石２６ｂは径方向に対してやや傾斜していることから、開口部２６ｇも周方向に対してやや傾斜している。これにより、アウターヨーク２６ａの内周面で、磁極部２６ｄ以外の部分は２つの開口部２６ｇを二辺とする低い略二等辺三角形の凹部２６ｉが形成されている。

【0048】

ブリッジ２６ｅは隣り合う磁極部２６ｄと挟持部２６ｆをアウターヨーク２６ａの外周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ２６ｅにより各磁極部２６ｄと挟持部２６ｆが相互に接続され、アウターヨーク２６ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ２６ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部２６ｄの磁束強度が維持される。アウター磁石２６ｂがアウターヨーク２６ａに対してこのように埋め込まれているアウター歯車２６はＩＰＭ型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、磁石埋め込み型）である。

【0049】

インナー歯車１４のインナーヨーク１４ａは軟磁性体であって、円盤形状である。インナーヨーク１４ａは、インナー磁石孔１４ｃと、磁極部１４ｄと、ブリッジ１４ｅと、挟持部１４ｆとを有する。

【0050】

磁極部１４ｄは、外径側のセンターリング３０に対して磁束を指向させる疑似的な磁極として作用する部分であり、ＮＨ＝３極対に対応して６か所設けられている。このうち１つおきの３か所がＮ極であり、他の３か所がＳ極である。図４では磁極部１４ｄのうちＮ極となる所を符号１４ｄｎで識別し、Ｓ極となる所を符号１４ｄｓで識別している。

【0051】

インナー磁石孔１４ｃはインナー磁石１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク１４ａの外周面側に開口部１４ｇを有する。インナー磁石１４ｂはインナー磁石孔１４ｃと同形状であって、開口部１４ｇ以外の３辺はインナー磁石孔１４ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部１４ｇの縁１４ｈと一致している。

【0052】

インナー磁石１４ｂおよびインナー磁石孔１４ｃは矩形で、インナーヨーク１４ａに対して径方向に対して４５°傾斜した向きに長尺で、かつ内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるような略Ｖ字形状に配置されている。個々の磁極部１４ｄは周方向両側をインナー磁石１４ｂで挟まれており、かつ内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるようなやや広い略扇形状である。

【0053】

インナー磁石１４ｂは短尺方向に着磁されており、磁極部１４ｄを挟んで同極が対向する向きとなっている。図４ではＮ極の磁極部１４ｄｎを挟んでいるインナー磁石１４ｂのＮ極側部分を符号１４ｂｎで識別し、Ｓ極の磁極部１４ｄｓを挟んでいるインナー磁石１４ｂのＳ極側部分を符号１４ｂｓで識別している。すなわち、一対のインナー磁石１４ｂｎは磁極部１４ｄｎを挟んでＮ極同士が対向しており、一対のインナー磁石１４ｂｓは磁極部１４ｄｓを挟んでＳ極同士が対向している。

【0054】

一対のインナー磁石１４ｂｎは直交する向きであり、同様に一対のインナー磁石１４ｂｓは直交する向きとなっている。この様に一対のインナー磁石１４ｂｎ，１４ｂｓを直交する向きに配置することにより、磁極部１４ｄに磁束を指向させながら、インナー磁石１４ｂｎ，１４ｂｓの体積を最大にすることが可能となる。

【0055】

インナー磁石１４ｂｎ同士またはインナー磁石１４ｂｓ同士で挟まれる部分が磁極部１４ｄであり、インナー磁石１４ｂｎとインナー磁石１４ｂｓで挟まれる三角部分が挟持部１４ｆとなる。隣り合う磁極部１４ｄと挟持部１４ｆは内側でブリッジ１４ｅにより相互に接続されている。

【0056】

このように、磁極部１４ｄは、両側を同極のインナー磁石１４ｂで挟まれており、しかも外径側が広がるような形状であることから強い磁力をセンターリング３０に作用させることができ、伝達トルクが増大する。また、磁極部１４ｄは内径側が十分に狭く形成されており、内側への磁力の漏れが少なく、外径側へ作用する磁力を強めることができる。

【0057】

上記のように、インナー磁石孔１４ｃは外周面側に開口部１４ｇを有している。インナー磁石孔１４ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に開口していて開口部１４ｇには凹凸がない。また、インナー磁石孔１４ｃは径方向に対して傾斜していることから、開口部１４ｇも周方向に対してやや傾斜している。これにより、インナーヨーク１４ａの外周面で、磁極部１４ｄ以外の部分は２つの開口部１４ｇが傾斜対辺となる低い略台形の凹部１４ｉが形成されている。

【0058】

ブリッジ１４ｅは隣り合う磁極部１４ｄと挟持部１４ｆをインナーヨーク１４ａの内周部で相互に接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１４ｅにより磁極部１４ｄと挟持部１４ｆが相互に接続され、インナーヨーク１４ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１４ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１４ｄの磁束強度が維持される。インナー磁石１４ｂがインナーヨーク１４ａに対してこのように埋め込まれているインナー歯車１４はＩＰＭ型である。

【0059】

このように、磁気歯車１０ａはそれぞれＩＰＭ型構造のアウター歯車２６とインナー歯車１４とを有する。ＩＰＭ型構造では、磁石が各ロータの表面に配置され、磁石の着磁方向が径方向となるＳＰＭ型（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、表面磁石型）と比較して高トルクが得られる。また渦電流損が少ないため高効率となる。さらに、インナー磁石１４ｂおよびアウター磁石２６ｂは埋め込み構造であるため、遠心力の作用によって外側に剥がされてしまう懸念がなく、高速回転に適する。また、インナー歯車１４およびアウター歯車２６の少なくとも一方をＩＰＭ型構造にすれば、上記の効果が相応に得られる。

【0060】

アウター歯車２６では、アウター磁石孔２６ｃが内周側に開口部２６ｇを有していることから、アウター磁石２６ｂは最大限内側に寄った配置が可能となっており、その内側端部は開口部２６ｇの縁２６ｈと一致していてセンターリング３０の外周面に極めて近い。また、開口部２６ｇが設けられていることから、アウター歯車２６の内周側ではアウター磁石２６ｂの磁極部２６ｄｎまたは磁極部２６ｄｓにそれぞれ接する磁極部２６ｄと挟持部２６ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部２６ｄは内側方向に特に強い磁束を指向させることができる。

【0061】

インナー歯車１４では、インナー磁石孔１４ｃが外周側に開口部１４ｇを有していることから、インナー磁石１４ｂは最大限外側に寄った配置が可能となっており、その外側端部は開口部１４ｇの縁１４ｈと一致していてセンターリング３０の内周面に極めて近い。また、開口部１４ｇが設けられていることから、インナー歯車１４の外周側ではインナー磁石１４ｂの磁極部１４ｄｎまたは磁極部１４ｄｓにそれぞれ接する磁極部１４ｄと挟持部１４ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部１４ｄは外側方向に特に強い磁束を指向させることができる。このような構成によりインナー歯車１４およびアウター歯車２６は、センターリング３０を介し相手側に対して相互に強い磁力を作用させることができる。

【0062】

また、アウター磁石２６ｂをアウター磁石孔２６ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部２６ｇから径方向に挿入してもよい。同様にインナー磁石１４ｂをインナー磁石孔１４ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部１４ｇから径方向に挿入してもよく、それぞれ組立の自由度が増す。

【0063】

なお、アウター磁石２６ｂの内側端部は開口部２６ｇの縁２６ｈと一致し、インナー磁石１４ｂの外側端部は開口部１４ｇの縁１４ｈと一致しているが、ここでいう一致とは厳密な意味ではなくおおよそ等しい位置にあればよい。例えば、アウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂは、アウターヨーク２６ａの内周面およびインナーヨーク１４ａの外周面から突出してしまうとセンターリング３０に干渉する懸念があることから、寸法誤差や組立誤差を考慮し余裕をみてやや短めに設定するということも、ここでいう一致と同義である。また、例えば図４の仮想線で示すように、インナー磁石孔１４ｃが矩形でない場合には、インナー磁石１４ｂの端部のうち一部が縁１４ｈに一致していればよい。アウター磁石孔２６ｃ、アウター磁石２６ｂ、縁２６ｈについても同様である。

【0064】

次に、第２の実施形態にかかる磁気歯車１０ｂについて図５を参照しながら説明する。磁気歯車１０ｂおよび後述する磁気歯車１０ｃ，１００について、上記の磁気歯車１０ａと同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0065】

図５に示すように、磁気歯車１０ｂは上記のアウター歯車２６に代えてアウター歯車４２が設けられるとともに、上記のインナー歯車１４に代えてインナー歯車４４が設けられている。アウター歯車４２はアウターヨーク４２ａと、アウター磁石２６ｂとを有する。アウター磁石２６ｂは上記の磁気歯車１０ａにおけるものと同じであり、該アウター磁石２６ｂの配置によって磁極部２６ｄおよび挟持部２６ｆが形成されている。アウターヨーク４２ａは、上記のアウターヨーク２６ａにおけるアウター磁石孔２６ｃおよびブリッジ２６ｅに代えてアウター磁石孔４２ｃおよびブリッジ４２ｅが設けられている。アウター磁石孔４２ｃはアウター磁石２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク４２ａの外周面側に開口部４２ｇを有する。アウター磁石２６ｂはアウター磁石孔４２ｃと同形状であって、開口部４２ｇ以外の３辺はアウター磁石孔４２ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部４２ｇの縁４２ｈと一致している。このような構成によりアウター磁石２６ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４２ｇが設けられていることから、アウター歯車４２の外周側ではアウター磁石２６ｂの磁極部２６ｄｎまたは磁極部２６ｄｓにそれぞれ接する磁極部２６ｄと挟持部２６ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。

【0066】

ブリッジ４２ｅは隣り合う磁極部２６ｄと挟持部２６ｆをアウターヨーク４２ａの内周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ４２ｅにより各磁極部２６ｄと挟持部２６ｆが相互に接続され、アウターヨーク４２ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ４２ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部２６ｄの磁束強度が維持される。

【0067】

また、アウターヨーク４２ａの外周面はケーシング２４の内周面に固定されていることから強度が確保されている。したがって、アウターヨーク４２ａは内周面側の強度がブリッジ４２ｅで確保されるとともに外周面側の強度がケーシング２４で確保されることになり、高速回転に適するとともに耐振動性に優れる。

【0068】

インナー歯車４４はインナーヨーク４４ａと、インナー磁石１４ｂとを有する。インナー磁石１４ｂは上記の磁気歯車１０ａにおけるものと同じであり、該インナー磁石１４ｂの配置によって磁極部１４ｄおよび挟持部１４ｆが形成されている。インナーヨーク４４ａは、上記のインナーヨーク１４ａにおけるインナー磁石孔１４ｃおよびブリッジ１４ｅに代えてインナー磁石孔４４ｃおよびブリッジ４４ｅが設けられている。インナー磁石孔４４ｃはインナー磁石１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク４４ａの内周面側に開口部４４ｇを有する。インナー磁石１４ｂはインナー磁石孔４４ｃと同形状であって開口部４４ｇ以外の３辺はインナー磁石孔４４ｃと隙間なく接している。このような構成によりインナー磁石１４ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４２ｇが設けられていることから、インナー歯車４４の内周側ではインナー磁石１４ｂの磁極部１４ｄｎまたは磁極部１４ｄｓにそれぞれ接する磁極部１４ｄと挟持部１４ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。インナー磁石１４ｂの内径側はインナーヨーク４４ａの内周面よりもやや外径側に寄った位置に設定される。これにより、インナー磁石１４ｂの内径側端面を直線形状としてもインナーヨーク４４ａの内周側に設けられたコア４６との干渉を回避することができる。

【0069】

上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は設けなくてもよい。つまり、アウター歯車２６，４２において外周側のブリッジ２６ｅ（図４参照）と、内周側のブリッジ４２ｅ（図５参照）の両方が設けられていてもよい。またインナー歯車１４，４４において内周側のブリッジ１４ｅ（図４参照）と、外周側のブリッジ４２ｅ（図５参照）の両方が設けられていてもよい。

【0070】

上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は内径側と外径側の両側に設けられていてもよい。図示は省略するが、磁石孔の開口部が各ヨークの外側と内側の両方に設けることにより、アウター磁石やインナー磁石を一層大きくすることができる。この場合、磁極部同士、挟持部同士を周方向に接続する部材がないので、軸方向端部で各磁極部を接続し固定するとよい。

【0071】

また、埋め込み磁石をＶ字配置にして扇型の磁極部を形成するのはアウター歯車２６，４２かインナー歯車１４，４４のいずれか一方だけでもよく、例えば、図６に示すような、第３の実施形態にかかる磁気歯車１０ｃのような形態でもよい。

【0072】

磁気歯車１０ｃでは、インナー歯車１４およびセンターリング３０は上記の磁気歯車１０ａにおけるものと同じであり、アウター歯車２６に代えてアウター歯車５０が設けられている。磁気歯車１０ｃは磁気歯車１０ａと同様にＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３の構成である。アウター歯車５０は、アウターヨーク５０ａと、ＮＬ＝３１極対（６２個）のアウター磁石５０ｂとを有する。アウター磁石５０ｂはアウター磁石孔５０ｃに埋め込まれている。アウター磁石５０ｂは６２個が径方向に長尺な向きで、等間隔で放射状に配置されている。アウター磁石５０ｂは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている。アウター磁石５０ｂの総体積は上記のアウター磁石２６ｂの総体積とほぼ等しい。アウター歯車５０では一対のアウター磁石５０ｂで挟み込まれる領域が磁極部５０ｄとなり、疑似的な磁極として作用する。アウター歯車５０はＩＰＭ型であるが、上記のアウター歯車２６のようにアウター磁石２６ｂをＶ字配置にして扇型の磁極部２６ｄを形成する形態ではない。

【0073】

このようなアウター歯車５０は、アウター磁石５０ｂおよびアウター磁石孔５０ｃが適度に大きく、しかも個数が比較的少ないため製造・組立が容易であり低コストである。また、磁気歯車１０ｃは、上記の磁気歯車１０ａと同様のインナー歯車１４を備えていることから、相応の伝達トルク増大効果が得られる。

【0074】

本願発明者は、例として磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｃにおけるアウター磁石２６ｂ、インナー磁石１４ｂのＶ字配置特性を調べるため、図７に示す磁気歯車１００に対して比較解析を行った。磁気歯車１００では、センターリング３０は上記の磁気歯車１０ａにおけるものと同じであり、アウター歯車２６に代えてアウター歯車５０が設けられ、さらにインナー歯車１４に代えてインナー歯車５２が設けられている。アウター歯車５０は磁気歯車１０ｃ（図６参照）におけるものと同じである。

【0075】

磁気歯車１００は磁気歯車１０ａと同様にＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３の構成である。インナー歯車５２は、インナーヨーク５２ａと、ＮＨ＝３極対（６個）のインナー磁石５２ｂを有する。インナー磁石５２ｂはインナー磁石孔５２ｃに埋め込まれている。インナー磁石５２ｂは６個が径方向に長尺な向きで、等間隔で放射状に配置されている。インナー磁石５２ｂは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている。インナー磁石５２ｂの総体積は上記のインナー磁石１４ｂの総体積とほぼ等しい。インナー歯車５２では一対のインナー磁石５２ｂで挟み込まれる領域が磁極部５２ｄとなり、疑似的な磁極として作用する。インナー歯車５２はＩＰＭ型であるが、上記のインナー歯車１４のようにインナー磁石１４ｂをＶ字配置にして扇型の磁極部１４ｄを形成する形態ではない。

【0076】

比較解析の結果によれば、第１の実施形態にかかる磁気歯車１０ａ（図３参照）は磁気歯車１００に対して最大伝達トルクが２４％大きくなり、第３の実施形態にかかる磁気歯車１０ｃ（図６参照）でも磁気歯車１００に対して最大伝達トルクが１７％大きくなることが確認された。

【0077】

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

【符号の説明】

【0078】

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１００ 磁気歯車
１２ アウター歯車体
１４，４４，５２ インナー歯車
１４ａ，４４ａ，５２ａ インナーヨーク
１４ｂ，１４ｂｎ，１４ｂｓ，５２ｂ インナー磁石
１４ｃ，４４ｃ，５２ｃ インナー磁石孔
１４ｄ，１４ｄｎ，１４ｄｓ，２６ｄ，２６ｄｎ，２６ｄｓ，５０ｄ，５２ｄ 磁極部
１４ｅ，２６ｅ，４２ｅ ブリッジ
１４ｆ，２６ｆ 挟持部
１４ｇ，２６ｇ，４２ｇ，４４ｇ 開口部
１４ｈ，２６ｈ，４２ｈ 縁
１４ｉ，２６ｉ 凹部
１６ センター体
２４ ケーシング
２６，４２，５０ アウター歯車
２６ａ，４２ａ，５０ａ アウターヨーク
２６ｂ，２６ｂｎ，２６ｂｓ，５０ｂ アウター磁石
２６ｃ，４２ｃ，５０ｃ アウター磁石孔
３０ センターリング
３０ａ ポールホルダ（非磁性筒体）
３０ｂ ポールピース（軟磁性体）

【図1】

【図2-1】

【図2-2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】