特表 2024-513543 磁気歯車システム、方法、及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-26

(54)【発明の名称】磁気歯車システム、方法、及び装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 49/00 20060101AFI20240318BHJP

【ＦＩ】

F16H49/00 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023545245

(86)(22)【出願日】2022-01-25

(85)【翻訳文提出日】2023-09-19

(86)【国際出願番号】 US2022013731

(87)【国際公開番号】W WO2022159900

(87)【国際公開日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】63/141,130

(32)【優先日】2021-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/188,009

(32)【優先日】2021-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/185,090

(32)【優先日】2021-05-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】502334319

【氏名又は名称】ザ テキサス エーアンドエム ユニヴァーシティ システム

(71)【出願人】

【識別番号】523282187

【氏名又は名称】ユー．エス． アーミー リサーチ ラボラトリー

(71)【出願人】

【識別番号】500039463

【氏名又は名称】ボード オブ リージェンツ，ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム

【氏名又は名称原語表記】ＢＯＡＲＤ ＯＦ ＲＥＧＥＮＴＳ，ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＸＡＳ ＳＹＳＴＥＭ

【住所又は居所原語表記】２１０ Ｗｅｓｔ ７ｔｈ Ｓｔｒｅｅｔ Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ ７８７０１ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(71)【出願人】

【識別番号】523282198

【氏名又は名称】ユーエス ハイブリッド コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】トリヤット， ハミッド エー．

(72)【発明者】

【氏名】プラスリカ， ブライトン

(72)【発明者】

【氏名】ザマロン， ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ガードナー， マシュー シー．

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， マシュー シー．

(72)【発明者】

【氏名】グダルジ， アバス

(72)【発明者】

【氏名】バック， エンゾー

(72)【発明者】

【氏名】グエン， アレックス

(72)【発明者】

【氏名】ハサンプール， シマ

(72)【発明者】

【氏名】デュアン， ゴドウィン ユアン

(72)【発明者】

【氏名】カーン， サレク アーメド

(57)【要約】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車に関する。サイクロイド磁気歯車は、外側ロータを含む。複数の磁極対が、外側ロータの内周上に配置されている。第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータが、外側ロータ内に配置されている。第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータは、外周上に配置されている磁極対を含む。第１の内側ロータ及び第３の内側ロータは、第２の内側ロータのほぼ半分の厚さを有する。第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータは、ドライブシャフトに作用するモーメントを平衡させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サイクロイド磁気歯車であって、
外側ロータと、
前記外側ロータの内周上に配置されている第１の複数の磁極対と、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第２の複数の磁極対を有する第１の内側ロータと、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第３の複数の磁極対を有する第２の内側ロータと、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第４の複数の磁極対を有する第３の内側ロータと
を備え、
前記第１の内側ロータ及び前記第３の内側ロータは、前記第２の内側ロータのほぼ半分の厚さを有し、
前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータは、ドライブシャフトに作用するモーメントを平衡させる、サイクロイド磁気歯車。

【請求項2】

前記外側ロータは静止している、請求項１に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項3】

前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータは、前記外側ロータの中心軸を中心として軌道に従って旋回する、請求項１に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項4】

前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータは、入力シャフトに結合されており、前記入力シャフトは、前記外側ロータの前記中心軸と位置整合されている、請求項３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項5】

前記第１の内側ロータ及び前記第３の内側ロータは、前記外側ロータの前記中心軸から前記入力シャフトの第１の側に向かってオフセットされている、請求項４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項6】

前記第２の内側ロータは、前記外側ロータの前記中心軸から前記入力シャフトの第２の側に向かってオフセットされている、請求項５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項7】

前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータのオフセット配置は、前記入力シャフトに作用する質量及び力を平衡させる、請求項６に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項8】

前記第１の内側ロータは、前記第１の内側ロータの中心軸を中心に回転し、
前記第２の内側ロータは、前記第２の内側ロータの中心軸を中心に回転し、
前記第３の内側ロータは、前記第３の内側ロータの中心軸を中心に回転する、請求項３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項9】

前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータの回転は、低速シャフトを駆動する、請求項８に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項10】

前記第１の複数の磁極対に平行に前記外側ロータの内周の周りに配置されている第５の複数の磁極対と、
前記第１の複数の磁極対に平行に前記外側ロータの内周の周りに配置されている第６の複数の磁極対と
を備える、請求項１に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項11】

前記第２の複数の磁極対は、前記第１の複数の磁極対と相互作用し、
前記第３の複数の磁極対は、前記第５の複数の磁極対と相互作用し、
前記第４の複数の磁極対は、前記第６の複数の磁極対と相互作用する、請求項１０に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項12】

前記外側ロータの中心軸を中心とした前記第１の内側ロータが１旋回する度に、前記第１の内側ロータは、前記外側ロータに対して１つの極対の分だけ回転する、請求項１１に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項13】

サイクロイド磁気歯車を組み立てる方法であって、
第１の複数の磁極対、第２の複数の磁極対、及び第３の複数の磁極を外側ロータの内周に結合することと、
第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータを入力シャフトに結合することと、
第４の複数の磁極対を前記第１の内側ロータに結合し、第５の複数の磁極対を前記第２の内側ロータに結合し、第６の複数の磁極対を前記第３の内側ロータに結合することと、
前記第４の複数の磁極対が前記第１の複数の磁極対と相互作用し、前記第５の複数の磁極対が前記第２の複数の磁極対と相互作用し、前記第６の複数の磁極対が第３の複数の磁極対と相互作用するように、前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータを前記外側ロータ内に配置することと
を含む、方法。

【請求項14】

サイクロイド磁気歯車であって、
外側ロータと、
前記外側ロータ内に形成されている第１の複数の歯と、
前記外側ロータの前記複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている第１の複数の永久磁石と、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第２の複数の歯を有し、第２の複数の永久磁石が、前記第２の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第１の内側ロータと、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第３の複数の歯を有し、第３の複数の永久磁石が、前記第３の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第２の内側ロータと、
前記外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第４の複数の歯を有し、第４の複数の永久磁石が、前記第４の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第３の内側ロータと
を備え、
前記第１の内側ロータ及び前記第３の内側ロータは、前記第２の内側ロータの厚さのほぼ半分の軸方向長さを有し、
前記第１の内側ロータ、前記第２の内側ロータ、及び前記第３の内側ロータは、ドライブシャフトに作用するモーメントを平衡させる、サイクロイド磁気歯車。

【請求項15】

サイクロイド磁気歯車であって、
外側ロータと、
内側ロータと、
前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方の周縁周りに配置されている複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の個々の磁石の間に位置付けられている複数の非磁性スペーサと
を備える、サイクロイド磁気歯車。

【請求項16】

複数のスペーサは、前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方のバック鉄心を切り欠くことによって形成されている、請求項１５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項17】

複数のスペーサは、前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方のバック鉄心に結合されている、請求項１５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項18】

前記複数のスペーサは、前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方の前記バック鉄心内に形成されている溝の中に受け入れられている、請求項１７に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項19】

前記複数のスペーサは、前記バック鉄心と前記複数のスペーサとの間の摩擦係合を通じて前記バック鉄心に結合されている、請求項１８に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項20】

前記複数のスペーサは、接着剤によって前記バック鉄心に結合されている、請求項１８に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項21】

前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方の中に形成されているキー溝を備える、請求項１５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項22】

前記内側ロータ又は前記外側ロータのうちの少なくとも一方は、複数のロータセグメントを備え、前記キー溝は、前記ロータセグメントの互いに対する位置整合を容易にする、請求項２１に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項23】

サイクロイド磁気歯車であって、
外側ロータと、
内側ロータと、
前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方の周縁周りに配置されている複数の永久磁石と、
前記外側ロータ又は前記内側ロータのうちの少なくとも一方の中に形成されているキー溝と
を備える、サイクロイド磁気歯車。

【請求項24】

前記内側ロータ又は前記外側ロータのうちの少なくとも一方は、複数のロータセグメントを備え、前記キー溝は、前記ロータセグメントの互いに対する位置整合を容易にする、請求項２３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項25】

前記複数の永久磁石の連続する磁石の間に配置されているスペーサを備える、請求項２４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項26】

マルチロータサイクロイド磁気歯車を生成する方法であって、
外側ロータバック鉄心を形成することと、
内側ロータバック鉄心を形成することと、
複数の内側ロータを生成するために、前記内側ロータの中心軸に垂直な平面に沿って前記内側ロータを切断することと、
第１の複数の永久磁石を前記外側ロータバック鉄心上に配置することと、
内側ロータを形成するために、第２の複数の永久磁石を前記内側ロータバック鉄心上に配置することと
を含む、方法。

【請求項27】

前記第１の複数の永久磁石の連続する磁石の間にスペーサを配置することを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記第２の複数の永久磁石の連続する磁石の間にスペーサを配置することを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項29】

サイクロイド磁気歯車システムであって、
第１の入力シャフト及び第１の出力シャフトを有する第１のサイクロイド磁気歯車と、
前記第１の出力シャフトからの入力を受け取り、第２の出力シャフトを備える第２のサイクロイド磁気歯車と
を備え、
前記第１の出力シャフトは、第１のベアリング及び第２のベアリングによって支持される、サイクロイド磁気歯車システム。

【請求項30】

前記第１のベアリング及び前記第２のベアリングはボールベアリングである、請求項２９に記載のサイクロイド磁気歯車システム。

【請求項31】

前記第１のベアリング及び前記第２のベアリングは円筒ころ軸受である、請求項２９に記載のサイクロイド磁気歯車システム。

【請求項32】

前記第１のサイクロイド磁気歯車は、内側ロータ及び外側ロータを備え、
前記内側ロータ又は前記外側ロータのうちの少なくとも一方は、複数のロータセグメントを備える、請求項２９に記載のサイクロイド磁気歯車システム。

【請求項33】

前記第２のサイクロイド磁気歯車は、内側ロータ及び外側ロータを備え、
前記内側ロータ又は前記外側ロータのうちの少なくとも一方は、複数のロータセグメントを備える、請求項２９に記載のサイクロイド磁気歯車システム。

【請求項34】

サイクロイド磁気歯車であって、
第１のロータであって、
前記第１のロータ上に配置されている複数の磁極対、又は、前記第１のロータ上に配置されている複数の第１のロータの永久磁石及び前記第１のロータ上に形成されている複数の第１のロータの強磁性歯のうちの少なくとも一方を含み、前記複数の第１のロータの強磁性歯の各歯は、前記複数の第１のロータの永久磁石のうちの連続する磁石の間に配置されており、前記複数の第１のロータの強磁性歯は、前記複数の第１のロータの永久磁石によってコンシクエントに磁化される、第１のロータと、
第２のロータと、
前記第２のロータ上に配置されている複数の永久磁石と、
前記第２のロータ上に形成されている複数の強磁性歯であって、前記複数の強磁性歯の各歯は、前記複数の永久磁石のうちの連続する磁石の間に配置されている、複数の強磁性歯と
を備え、
前記複数の強磁性歯は、前記複数の永久磁石によってコンシクエントに磁化される、サイクロイド磁気歯車。

【請求項35】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、前記第１のロータが外側ロータになり、前記第２のロータが内側ロータになるように、半径方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、半径の向きにおいて前記外側ロータの周の周りに配置されており、
前記複数の永久磁石は、半径の向きにおいて前記内側ロータの周の周りに配置されている、請求項３４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項36】

前記複数の強磁性歯のうちの１つの歯の背後で前記内側ロータ内に形成されているキー溝を備える、請求項３５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項37】

複数の内側ロータセグメントを備え、軸磁化永久磁石が、軸方向において、連続した内側ロータセグメントの間に配置されており、前記複数の強磁性歯をコンシクエントに磁化する、請求項３５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項38】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、前記第１のロータが外側ロータになり、前記第２のロータが内側ロータになるように、半径方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、半径の向きにおいて前記内側ロータの周の周りに配置されており、
前記複数の永久磁石は、半径の向きにおいて前記外側ロータの周の周りに配置されている、請求項３４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項39】

複数の内側ロータセグメントを備え、軸磁化永久磁石が、軸方向において、連続した内側ロータセグメントの間に配置されており、前記複数の強磁性歯をコンシクエントに磁化する、請求項３８に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項40】

前記複数の強磁性歯のうちの１つの歯を貫通して又は前記歯の背後に形成されている貫通孔を備える、請求項３８に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項41】

前記複数の永久磁石及び前記複数の強磁性歯は、等しくないサイズのものであるか、又は、等しくないサイズのものであり、かつ、前記複数の強磁性歯が前記複数の永久磁石を適所に拘束するように修正された幾何形状を含む、請求項３４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項42】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、軸方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、前記第１のロータの軸面上に配置されており、
前記複数の永久磁石は、前記第２のロータの軸面上に配置されている、請求項３４に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項43】

サイクロイド磁気歯車であって、
第１のロータと、
第２のロータと、
前記第１のロータ上に配置されている複数の磁極対と、
前記第２のロータ上に形成されている複数の強磁性歯と
を備え、
前記第２のロータは、磁気抵抗に起因して前記第１のロータと相互作用する、サイクロイド磁気歯車。

【請求項44】

複数の切り欠きが、前記複数の強磁性歯のうちの連続する歯の間で前記第２のロータ内に画定されている、請求項４３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項45】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、前記第１のロータが外側ロータになり、前記第２のロータが内側ロータになるように、半径方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、半径方向の配置構成において前記外側ロータの周の周りに配置されており、
前記複数の強磁性歯は、半径方向の配置構成において前記内側ロータの周の周りに形成されている、請求項４３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項46】

前記複数の強磁性歯のうちの１つの歯を貫通して又は前記歯の背後に形成されている貫通孔を備える、請求項４５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項47】

前記内側ロータ内に形成されているキー溝を備え、前記キー溝は、前記内側ロータの位置整合を容易にする、請求項４５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項48】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、軸方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、前記第１のロータの軸面上に配置されており、
前記複数の強磁性歯は、前記第２のロータの軸面上に形成されている、請求項４５に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項49】

前記第１のロータ及び前記第２のロータは、前記第１のロータが外側ロータになり、前記第２のロータが内側ロータになるように、半径方向において互いに対して配置構成されており、
前記複数の磁極対は、半径方向の配置構成において前記内側ロータの周の周りに配置されており、
前記複数の強磁性歯は、半径方向の配置構成において前記外側ロータの周の周りに形成されている、請求項４３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項50】

複数の切り欠きが、前記複数の強磁性歯のうちの連続する歯の間で前記外側ロータ内に画定されている、請求項４９に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項51】

前記複数の強磁性歯のうちの１つの歯を貫通して又は前記歯の背後に形成されている貫通孔を備える、請求項４９に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項52】

前記内側ロータ内に形成されているキー溝を備え、前記キー溝は、前記内側ロータの位置整合を容易にする、請求項４９に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項53】

サイクロイド磁気歯車であって、
外側ロータと、
前記外側ロータ内に配置されている内側ロータと、
前記外側ロータと前記内側ロータとの間に画定されている空隙と、
前記外側ロータと前記内側ロータとの間の前記空隙内に配置されている磁束シールドであり、前記磁束シールドは、部分的に、前記空隙の周の周りに延在する、磁束シールドと
を備える、サイクロイド磁気歯車。

【請求項54】

前記磁束シールドは、強磁性材料から構築されている、請求項５３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項55】

前記磁束シールドは、前記外側ロータの軸を中心として旋回する、請求項５３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項56】

前記磁束シールドは、入力シャフト又は出力ロータと関連付けられるベアリングのうちの少なくとも一方に結合されている、請求項５３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項57】

前記磁束シールドは、前記出力ロータを取り囲むジャーナルに結合されている、請求項５６に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項58】

前記磁束シールドは、カウンターウェイトに結合されている、請求項５６に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項59】

前記磁束シールドは、前記空隙のより大きい部分においてオフセットされている、請求項５３に記載のサイクロイド磁気歯車。

【請求項60】

同心歯車システムであって、
複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを備える、第１のロータと、
複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを備える、第２のロータと、
前記第１のロータと前記第２のロータとの間に配置されている変調器であって、前記変調器は、複数の非磁性セグメントと交互になるように配置構成されている複数の透磁性セグメントを備える、変調器と
を備え、
前記複数の透磁性セグメントの各透磁性セグメントは、前記複数の非磁性セグメントの連続的な非磁性セグメントの間に配置されており、
前記複数の透磁性セグメントの各透磁性セグメント及び前記複数の非磁性セグメントの各非磁性セグメントは、第１の端部から外向きに延在する突出部及び第２の端部から内向きに延在するくぼみによって形成されている、同心歯車システム。

【請求項61】

前記突出部及び前記くぼみは、前記変調器のセグメントの半径方向の長さ全体に延在する、請求項６０に記載の同心歯車システム。

【請求項62】

前記突出部及び前記くぼみは、前記変調器のセグメントの半径方向の部分的な長さに延在する、請求項６０に記載の同心歯車システム。

【請求項63】

前記突出部及び前記くぼみは、楕円形状を有する、請求項６０に記載の同心歯車システム。

【請求項64】

前記突出部及び前記くぼみは、支持メカニズムとともに利用される、請求項６０に記載の同心歯車システム。

【請求項65】

前記支持メカニズムは、ブリッジを含む、請求項６４に記載の同心歯車システム。

【請求項66】

同心歯車システムであって、
複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを備える、第１のロータと、
複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを備える、第２のロータと、
複数の透磁性変調器セグメントを備える変調器と
を備え、
複数の変調器セグメントの各変調器セグメントは、第１の複数の磁極対から第２の複数の磁極対までの電磁角度をマッピングする、同心歯車システム。

【請求項67】

前記変調器セグメントは、前記第１の複数の磁極対又は前記第２の複数の磁極対のうちの少なくとも一方に作用する不平衡磁力を減少させるか又は排除するように配置構成されている、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項68】

前記複数の変調器セグメントは、変調器セグメントの２つ以上の区画を備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項69】

前記複数の変調器セグメントは、変調器セグメントの２つの区画を備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項70】

前記複数の変調器セグメントは、変調器セグメントの３つの区画を備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項71】

前記複数の変調器セグメントは、変調器セグメントの４つの区画を備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項72】

前記変調器セグメント間の間隙が、次いで、非磁性材料によって充填される、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項73】

前記変調器は、複数の変調器セグメントを接続する少なくとも１つのブリッジを備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項74】

前記変調器は、複数の異なる形状を有する複数の透磁性セグメントを備える、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項75】

少なくとも１つの変調器セグメントは、突出部又はくぼみを有する、請求項６６に記載の同心歯車システム。

【請求項76】

前記突出部又は前記くぼみは、支持メカニズムとともに利用される、請求項７５に記載の同心歯車システム。

【請求項77】

前記支持メカニズムは、ブリッジを含む、請求項７６に記載の同心歯車システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

連邦政府資金による研究の記載
本発明は、国立航空宇宙局（ＮＡＳＡ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）によって授与された助成金番号２８－５１７７９０－００００１の下で政府の支援を受けて行われた。政府は本発明において一定の権利を有する。

【0002】

関連出願への相互参照
本特許出願は、２０２１年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６３／１４１，１３０号、２０２１年５月６日に出願された米国仮特許出願第６３／１８５，０９０号、及び２０２１年５月１３日に出願された米国仮特許出願第６３／１８８，００９号に対する優先権を主張し、それらの開示全体を参照により組み込む。

【0003】

本開示は、一般に、磁気歯車、並びに、より詳細には、限定ではないが、磁気歯車システム、方法、及び装置に関する。

【背景技術】

【0004】

この節は、本開示の様々な態様のより良好な理解を容易にするための背景情報を提供する。本明細書のこの節の記述は、この観点から読み取られるべきであり、先行技術を認めるものとしてではないことを理解されたい。

【0005】

磁気歯車は、それらの機械的な対応物と同じタスクを実施するが、それらは、歯車の歯の間の機械的相互作用を通じてではなく、磁石によって生成される磁束の間の変調された相互作用を通じてこれを行う。サイクロイド歯車構成の場合、内側ロータの質量中心が静止外側ロータの軸の中心に沿っていない場合、内側ロータの軌道運動の結果として、望ましくない機械的振動が生じる可能性がある。複数のロータセグメントを使用して、ギヤボックスを平衡させることができる。しかしながら、複数のロータセグメントを使用する結果として、磁気モーメントが平衡されない場合、内側ロータと外側ロータとの間の磁気的相互作用に起因して軸外モーメントが生じることになる。

【発明の概要】

【0006】

本概要は、以下の詳細な説明で更に記載される概念の選択を紹介するために提供されるものである。本概要は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的な特徴を識別することを意図せず、特許請求される主題の範囲を限定する補助として使用されることも意図していない。

【0007】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、外側ロータと、外側ロータの内周上に配置されている第１の複数の磁極対と、外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第２の複数の磁極対を有する第１の内側ロータと、外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第３の複数の磁極対を有する第２の内側ロータと、外側ロータ内に配置されており、外周上に配置されている第４の複数の磁極対を有する第３の内側ロータとを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。第１の内側ロータ及び第３の内側ロータは、第２の内側ロータのほぼ半分の厚さを有する。第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータは、ドライブシャフトに作用するモーメントを平衡させる。

【0008】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車を組み立てる方法であって、第１の複数の磁極対、第２の複数の磁極対、及び第３の複数の磁極を外側ロータの内周に結合することと、第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータを入力シャフトに結合することと、第４の複数の磁極対を第１の内側ロータに結合し、第５の複数の磁極対を第２の内側ロータに結合し、第６の複数の磁極対を第３の内側ロータに結合することと、第４の複数の磁極対が第１の複数の磁極対と相互作用し、第５の複数の磁極対が第２の複数の磁極対と相互作用し、第６の複数の磁極対が第３の複数の磁極対と相互作用するように、第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータを外側ロータ内に配置することとを含む、方法に関する。

【0009】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、外側ロータと、外側ロータ内に形成されている第１の複数の歯と、外側ロータの複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている第１の複数の永久磁石と、外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第２の複数の歯を有し、第２の複数の永久磁石が、第２の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第１の内側ロータと、外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第３の複数の歯を有し、第３の複数の永久磁石が、第３の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第２の内側ロータと、外側ロータ内に配置されており、外周上に形成されている第４の複数の歯を有し、第４の複数の永久磁石が、第４の複数の歯のうちの隣接する歯の間に配置されている、第３の内側ロータとを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。第１の内側ロータ及び第３の内側ロータは、第２の内側ロータの厚さのほぼ半分の軸方向長さを有する。第１の内側ロータ、第２の内側ロータ、及び第３の内側ロータは、ドライブシャフトに作用するモーメントを平衡させる。

【0010】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、外側ロータと、内側ロータと、外側ロータ又は内側ロータのうちの少なくとも一方の周縁周りに配置されている複数の永久磁石と、複数の永久磁石の個々の磁石の間に位置付けられている複数の非磁性スペーサとを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。

【0011】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、外側ロータと、内側ロータと、外側ロータ又は内側ロータのうちの少なくとも一方の周縁周りに配置されている複数の永久磁石と、外側ロータ又は内側ロータのうちの少なくとも一方の中に形成されているキー溝とを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。

【0012】

本開示の態様は、マルチロータサイクロイド磁気歯車を生成する方法に関する。本方法は、外側ロータバック鉄心を形成することと、内側ロータバック鉄心を形成することと、複数の内側ロータを生成するために、内側ロータの中心軸に垂直な平面に沿って内側ロータを切断することと、第１の複数の永久磁石を外側ロータバック鉄心上に配置することと、内側ロータを形成するために、第２の複数の永久磁石を内側ロータバック鉄心上に配置することと、を含む。

【0013】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車システムであって、第１の入力シャフト及び第１の出力シャフトを有する第１のサイクロイド磁気歯車と、第１の出力シャフトからの入力を受け取り、第２の出力シャフトを含む第２のサイクロイド磁気歯車とを有する、サイクロイド磁気歯車システムに関する。第１の出力シャフトは、第１のベアリング及び第２のベアリングによって支持される。

【0014】

本開示の態様は、第１のロータを有するサイクロイド磁気歯車に関する。第１のロータは、第１のロータ上に配置されている複数の磁極対、又は、第１のロータ上に配置されている複数の第１のロータの永久磁石及び第１のロータ上に形成されている複数の第１のロータの強磁性歯のうちの少なくとも一方を含み、複数の第１のロータの強磁性歯の各歯は、複数の第１のロータの永久磁石のうちの連続する磁石の間に配置されている。複数の第１のロータの強磁性歯は、複数の第１のロータの永久磁石によってコンシクエントに（ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ）磁化される。サイクロイド磁気歯車は、第２のロータと、第２のロータ上に配置されている複数の永久磁石と、第２のロータ上に形成されている複数の強磁性歯であって、複数の強磁性歯の各歯は、複数の永久磁石のうちの連続する磁石の間に配置されている、複数の強磁性歯とをさらに含む。複数の強磁性歯は、複数の永久磁石によってコンシクエントに磁化される。

【0015】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、第１のロータと、第２のロータと、第１のロータ上に配置されている複数の磁極対と、第２のロータ上に形成されている複数の強磁性歯とを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。第２のロータは、磁気抵抗に起因して第１のロータと相互作用する。

【0016】

本開示の態様は、サイクロイド磁気歯車であって、外側ロータと、外側ロータ内に配置されている内側ロータと、外側ロータと内側ロータとの間に画定されている空隙と、外側ロータと内側ロータとの間の空隙内に配置されている磁束シールドとを有する、サイクロイド磁気歯車に関する。磁束シールドは、部分的に、空隙の周の周りに延在する。

【0017】

本開示の態様は、第１のロータを有する同心歯車システムに関する。第１のロータは、複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを有する。同心歯車システムは、第２のロータをさらに含む。第２のロータは、複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを含む。同心歯車システムは、第１のロータと第２のロータとの間に配置されている変調器であって、変調器は、複数の非磁性セグメントと交互になるように配置構成されている複数の透磁性セグメントを有する。複数の透磁性セグメントの各透磁性セグメントは、複数の非磁性セグメントの連続的な非磁性セグメントの間に配置されている。複数の透磁性セグメントの各透磁性セグメント及び複数の非磁性セグメントの各非磁性セグメントは、第１の端部から外向きに延在する突出部及び第２の端部から内向きに延在するくぼみによって形成される。

【0018】

本開示の態様は、第１のロータを有する同心歯車システムに関する。第１のロータは、複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを含む。同心歯車システムは、第２のロータをさらに含む。第２のロータは、複数の永久磁石、複数の透磁性歯、又は複数の電磁石のうちの少なくとも１つを含む。同心歯車システムは、複数の透磁性変調器セグメントを有する変調器をさらに含む。複数の変調器セグメントの各変調器セグメントは、第１の複数の磁極対から第２の複数の磁極対までの電磁角度をマッピングする。

【0019】

本開示の主題のより完全な理解は、以下の詳細な説明を、添付の図面とともに取り上げるときに参照することによって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示の態様による、磁気サイクロイド歯車の断面図である。

【図2】本開示の態様による、内側サイクロイドロータの回転に対する内側サイクロイドロータの軌道運動を示す一連の図である。

【図3A】本開示の態様による、コンシクエント極配置構成を利用したサイクロイド磁気歯車の断面図である。

【図3B】本開示の態様による、内部に形成されているキー溝を有するサイクロイド磁気歯車の内側ロータの概略図である。

【図3C】本開示の態様による、内部に形成されている貫通孔を有するサイクロイド磁気歯車の外側ロータの概略図である。

【図3D】本開示の態様による、表面永久磁石外側ロータ及びコンシクエント極内側ロータを有するサイクロイド磁気歯車の概略図である。

【図3E】本開示の態様による、軸磁化コンシクエント極配置構成（上部ロータ－表面永久磁石、下部ロータ－コンシクエント）を利用したサイクロイド磁気歯車の概略図である。

【図4】本開示の態様による、ラジアル磁化磁石と軸磁化磁石の両方を利用したサイクロイド磁気歯車の分解図である。

【図5】本開示の態様による、サイクロイド磁気歯車を組み立てるプロセスを示す流れ図である。

【図6】本開示の態様による、スペーサを有する磁気サイクロイド歯車の断面図である。

【図7】本開示の態様による、スペーサを有するサイクロイド磁気歯車の分解図である。

【図8】本開示の態様による、スペーサを有するサイクロイド磁気歯車の斜視図である。

【図9】本開示の態様による、内部に形成されているキー溝を示す、スペーサを有するサイクロイド磁気歯車の詳細図である。

【図10】２段サイクロイド磁気歯車の断面図である。

【図11】本開示の態様による、２段サイクロイド磁気歯車の断面図である。

【図12A】本開示の態様による、リラクタンス型サイクロイド磁気歯車の概略図である。

【図12B】本開示の態様による、軸磁化配置構成を利用したリラクタンス型サイクロイド磁気歯車の概略図である。

【図13】本開示の態様による、キー溝を有する磁気サイクロイド歯車の概略図である。

【図14】本開示の態様による、磁束シールドを有するサイクロイド磁気歯車の概略図である。

【図15】本開示の態様による、特定の瞬間におけるサイクロイド磁気歯車の内側ロータへの力分布を示す概略図である。

【図16】本開示の態様による、質量を除去された磁束シールドの斜視図である。

【図17】本開示の態様による、質量を追加された磁束シールドの斜視図である。

【図18A】本開示の態様による、質量を除去された磁束シールドの上面斜視図である。

【図18B】入力シャフトを有する磁石歯車の断面図である。

【図18C】本開示の態様による、磁束シールドを有する入力シャフトを有する磁石歯車の断面図である。

【図19】本開示の態様による、オフセット磁束シールドを有するサイクロイド磁気歯車の断面図である。

【図20】本開示の態様による、出力ピンディスクと係合されている磁束シールドの斜視図である。

【図21】本開示の態様による、リップを有するベアリングを有する磁束シールドの斜視図である。

【図22】本開示の態様による、複数の磁束シールド及びピンディスクから成るシステムの斜視図である。

【図23】本開示の態様による、連動変調器を有する同心歯車システムの断面図である。

【図24A】本開示の態様による、様々な変調器セグメント形状を有する同心歯車の断面図である。

【図24B】本開示の態様による、様々な変調器セグメント形状を有する同心歯車の断面図である。

【図24C】本開示の態様による、様々な変調器セグメント形状を有する同心歯車の断面図である。

【図24D】本開示の態様による、様々な変調器セグメント形状を有する同心歯車の断面図である。

【図25A】本開示の態様による、セグメント化変調器を有する軸方向磁束磁気歯車の斜視図である。

【図25B】本開示の態様による、セグメント化変調器を有する横方向磁束磁気歯車の斜視図である。

【図26】本開示の態様による、角度付き変調器を有する同心磁気歯車の断面図である。

【図27A】本開示の態様による、不平衡磁力を低減するように配置構成されている角度付き変調器を有する同心磁気歯車の断面図である。

【図27B】本開示の態様による、不平衡磁力を低減するように配置構成されている角度付き変調器を有する同心磁気歯車の断面図である。

【図27C】本開示の態様による、不平衡磁力を低減するように配置構成されている角度付き変調器を有する同心磁気歯車の断面図である。

【図28A】本開示の態様による、角度付き変調器を有する軸方向磁束磁気歯車の斜視図である。

【図28B】本開示の態様による、角度付き変調器を有する横方向磁束磁気歯車の斜視図である。

【図29A】本開示の態様による、角度付き変調器及び製作を容易にするための特徴を有する同心磁気歯車の断面図である。

【図29B】本開示の態様による、角度付き変調器及び製作を容易にするための特徴を有する同心磁気歯車の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下の開示は、様々な実施形態の種々の特徴を実装するための、多くの異なる実施形態又は例を提供することを理解されたい。構成要素及び配置構成の特定の例が、開示を単純化するために下記に説明される。無論、これらは例に過ぎず、限定であるようには意図されていない。本明細書で使用されている節の見出しは、構成を目的としており、説明されている主題を限定するものとして解釈されるべきではない。

【0022】

ハーモニックドライブ及びサイクロイド型ドライブが、より高いギヤ比（３０：１よりも大きいことが多い）において高いトルク密度を達成するために使用される最も一般的な機械式ギヤボックスである。サイクロイド型磁気歯車は、それらの機械式の対応物と比較して信頼性及びトルク密度を増大させる試みにおいて開発された。

【0023】

すべての型の磁気歯車が、信頼性の改善、メンテナンスの低減、音響雑音の低減、及び固有の過負荷の保護などの、機械式歯車にまさる潜在的利点をもたらすが、同軸磁気歯車などの他の磁気歯車トポロジは、相対的に低いギヤ比に限定される。サイクロイド型磁気歯車は、相対的に高いギヤ比において高いトルク密度を達成することができる。複数のロータを使用することによって、２つのロータセグメントのみが使用された場合、又は、ロータセグメントの長さがすべて等しい場合に発生することになる、限定ではないが、回転軸を中心とした質量中心の平衡、半径方向磁力の平衡、及び軸外モーメントの相殺を含む、サイクロイド型磁気歯車と関連付けられる課題が軽減される。

【0024】

サイクロイド型機械式歯車と同様に、サイクロイド型磁気歯車の内側ロータは、外側ロータの軸に平行であるが、この軸からオフセットされており、外側ロータの静止中心軸を中心とした軌道旋回において運動する。この軌道運動は、空隙パーミアンス関数を回転させ、これによって、ギヤリング挙動を容易にするために空間磁束高調波を変調する。軌道旋回は、高速シャフトに接続される。低速回転は、内側ロータ又は外側ロータのいずれかがそれ自体の軸を中心として回転することによって提供することができるが、本明細書において開示されている様々な実施形態は、外側ロータを静止したままにし、内側ロータのそれ自体の軸を中心とした回転を低速シャフトに接続する。本明細書において使用される場合、入力は高速と置き換えることができ（たとえば、入力シャフトは高速シャフトとすることができる）、出力は低速と置き換えることができる（たとえば、出力シャフトは低速シャフトとすることができる）ことに留意されたい。この用語は、本開示全体を通じて交換することができ、様々な応用形態が、入力構成要素が高速構成要素であること、又は、出力構成要素が低速構成要素であることを必要とする。

【0025】

図１は、磁気サイクロイド歯車１００の断面図である。磁気サイクロイド歯車１００は、外側ロータ１０２と、第１の内側ロータ１０４と、第２の内側ロータ１０６と、第３の内側ロータ１０８とを含む。様々な実施形態において、外側ロータ１０２は、動作中静止したままであるが、様々な実施形態において、外側ロータ１０２は回転してもよい。第１の複数の磁極対１１０が、外側ロータ１０２の内周の周りに線形様式で配置構成される。第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８は、外側ロータ１０２内に配置される。様々な実施形態において、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８は、入力シャフト２０２（図２に示す）に接続される。入力シャフト２０２は、外側ロータ１０２の中心軸と位置整合される。第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８の回転軸は、中心軸から入力シャフト２０２の第１の側へとオフセットされており、第２の内側ロータ１０６は、中心軸から、第１の側と反対の、入力シャフト２０２の第２の側へとオフセットされている。したがって、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８は、それらのそれぞれの中心軸の各々を中心とした回転に加えて、外側ロータ１０２の中心軸を中心として旋回する。

【0026】

依然として図１を参照すると、第２の複数の磁極対１１６が、第１の内側ロータ１０４の外周上に配置されている。第３の複数の磁極対１１８が、第２の内側ロータ１０６の外周上に配置されており、第４の複数の磁極対１２０が、第３の内側ロータ１０８の外周上に配置されている。第２の複数の磁極対１１６、第３の複数の磁極対１１８、及び第４の複数の磁極対１２０は、第１の複数の磁極対１１０と相互作用する。様々な実施形態において、第５の複数の磁極対１１２及び第６の複数の磁極対１１４が、第１の複数の磁極対１１０、第５の複数の磁極対１１２、及び第６の複数の磁極対１１４が互いに平行になるように、外側ロータ１０２の内周の周りに線形様式で配置構成される。そのような実施形態において、第２の複数の磁極対１１６は、第１の複数の磁極対１１０と相互作用し、第３の複数の磁極対１１８は、第５の複数の磁極対１１２と相互作用し、第４の複数の磁極対１２０は、第６の複数の磁極対１１４と相互作用する。

【0027】

依然として図１を参照すると、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８は各々、第２の内側ロータ１０６のほぼ２分の１の厚さを有する。したがって、第２の内側ロータ１０６は、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８の個々の質量のほぼ２倍の質量を有する。付加的に、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８は、ともに、入力シャフト２０２を中心として軌道に従って運動する。第２の内側ロータ１０６は、第１の内側ロータ１０３及び第３の内側ロータ１０８と同じ回転方向において、ただし、入力シャフトの、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８とは反対の側で、入力シャフトの周りを軌道に従って運動する。そのような配置構成は、入力シャフト２０２上での質量及び力の平衡に加えて、入力シャフト２０２に作用する軸外モーメントを相殺する。そのような配置構成は、振動を低減し、動作中の磁気サイクロイド歯車１００に対する応力を減少させる。

【0028】

様々な実施形態において、第１の複数の磁極対１１０、第２の複数の磁極対１１６、第３の複数の磁極対１１８、第４の複数の磁極対１２０、第５の複数の磁極対１１２、及び第６の複数の磁極対１１４は、たとえば、例として希土類元素又はフェライトを含むものなどの永久磁石から形成されてもよい。外側ロータ１０２、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８は、様々な実施形態において、たとえば、透磁性鋼、軟磁性組成物、炭素繊維強化ポリマー、不透磁性鋼、アルミニウム、繊維ガラス、又はプラスチックから形成されてもよい。様々な実施形態において、第１の複数の磁極対１１０、第２の複数の磁極対１１６、第３の複数の磁極対１１８、第４の複数の磁極対１２０、第５の複数の磁極対１１２、及び第６の複数の磁極対１１４は、位置整合された隣接する永久磁石を含む。永久磁石は、各永久磁石が、いずれかの側にある隣接する永久磁石と反対の磁極性になるように、交互の磁極性パターンに配置構成される。したがって、第１の複数の磁極対１１０、第２の複数の磁極対１１６、第３の複数の磁極対１１８、第４の複数の磁極対１２０、第５の複数の磁極対１１２、及び第６の複数の磁極対１１４は、Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓなどのパターンに配置構成された永久磁石を含む。

【0029】

図２は、内側ロータの回転に対する内側ロータの軌道運動を示す一連の図である。論述を目的として、図２に示す内側ロータは、第１の内側ロータ１０４として説明されるが、第２の内側ロータ１０６及び第３の内側ロータ１０８は、同じ運動パターンに従う。線２０４は、第１の内側ロータ１０４の回転位置を示す。第１の内側ロータ１０４が、段階１～９に示す１回の軌道旋回を通じて進行するとき、第１の内側ロータ１０４はそれ自体の軸を中心として回転する。したがって、第１の内側ロータ１０４による１回の完全な軌道旋回が完了したとき、第１の内側ロータ１０４は、外側ロータ１０２に対して１つの極対の分だけ回転していることになる。様々な実施形態において、第１の内側ロータ１０４の回転は、出力シャフト（明示的には示されていない）を駆動する。

【0030】

図３Ａは、コンシクエント極配置構成を利用したサイクロイド磁気歯車３００の断面図である。サイクロイド磁気歯車３００は、外側ロータ３０２と、第１の内側ロータ３０４と、第２の内側ロータ３０６（図４に示す）と、第３の内側ロータ３０７（図４に示す）とを含む。様々な実施形態において、サイクロイド磁気歯車３００の外側ロータ３０２、第１の内側ロータ３０４、第２の内側ロータ３０６、及び第３の内側ロータ３０７は、サイクロイド磁気歯車１００の外側ロータ１０２、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８と同様に配置構成される。論述を簡潔にするために、第１の内側ロータ３０４の構造が説明されるが、サイクロイド磁気歯車３００の第２の内側ロータ３０６及び第３の内側ロータ３０７の構造も同様である。様々な実施形態において、コンシクエント極配置構成を利用したサイクロイド磁気歯車３００は、単一の内側ロータ３０４を含み得る（コンシクエント極は複数のロータ区画を有する必要がない）。

【0031】

依然として図３Ａを参照すると、外側ロータ３０２は、内周の周りに形成されている複数の歯３０８を含む。永久磁石３１０が、歯３０８の間に配置されている。様々な実施形態において、永久磁石３１０は、同じ磁極性である。永久磁石３１０の結果として、歯３０８は、反対の極性で磁化される。様々な実施形態において、歯３０８は、永久磁石３１０を適所に拘束するように配置構成され得る。たとえば、図３Ａに示す実施形態において、歯３０８は、先細り縁部３１２を含む。先細り縁部３１２は、永久磁石３１０を固定し、たとえば、保持スリーブなどの追加の磁石保持メカニズムの必要をなくす。様々な実施形態において、歯３０８は、永久磁石３１０よりも狭くなるように構築され得る。そのような配置構成は、より広く、より製造しやすい永久磁石３１０の使用を容易にする。これは、高いギヤ比を有し、したがって多数の磁極対を必要とするサイクロイド磁気歯車に特に当てはまる。様々な実施形態において、サイクロイド磁気歯車３００は、サイクロイド磁気歯車１００に利用されるものなどの、同じギヤ比を有する表面永久磁石構成のものよりも少ない永久磁石材料を利用し得る。

【0032】

依然として図３Ａを参照すると、コンシクエント極型構成は、表面永久磁石サイクロイド磁気歯車と同様であるが、Ｎ－Ｓ永久磁石極対（２つの永久磁石）が、Ｎ歯又はＳ歯対（１つの永久磁石及び１つの強磁性歯）に置き換わっている。永久磁石３１０の結果として、強磁性歯３０８は、反対の極性の磁極になる。したがって、永久磁石３１０が、歯３０８を磁化させる。様々な実施形態において、歯３０８及び永久磁石３１０の幾何形状は、歯３０８が永久磁石３１０を適所に拘束するように修正され得る。様々な実施形態において、歯３０８及び永久磁石３１０は、等しくないサイズのものである。図３Ｂに示すように、様々な実施形態において、永久磁石３１０は、極対弧の半分を超える範囲に及び得、したがって、永久磁石３１０の弧の長さは、歯３０８の弧の長さよりも大きくなり得る。同じく図３Ｂに示すように、キー溝、スプライン、溝、又は磁束障壁３１４が、様々な実施形態において、歯３０８の背後に実装されてもよい。図３Ｃに示すように、外側ロータ３０２について、様々な実施形態において、歯３０８自体又はバック鉄心３１３内の歯３０８の背後の空間が、ボルト又はねじなどの構造材料３１８がサイクロイド型磁気歯車３００の取り付けを容易にすることを可能にする貫通孔３１６のためのロケーションとして利用され得る。代替的な実施形態として、図３Ｄに示すように、空隙内により多くの磁束を生成するために、内側ロータ３０４は、コンシクエント極のままであってもよく、一方、外側ロータ３０２は、表面永久磁石型であってもよく、又はその逆であってもよい。

【0033】

図３Ｅは、軸磁化コンシクエント極配置構成を利用したサイクロイド磁気歯車３５０の概略図である。サイクロイド磁気歯車３５０は、第１のロータ３５２及び第２のロータ３５４を含む。複数の磁極対３５６が、第１のロータ３５２の軸面上に配置されている。複数の永久磁石３５８が、第２のロータ３５４の軸面上に配置されており、複数の強磁性歯３６０が、複数の永久磁石３５８の連続する永久磁石３５８の間に配置されている。動作中、複数の永久磁石３５８は、複数の強磁性歯３６０が、複数の永久磁石３５８と反対の極性に、コンシクエントに磁化されるようにする。第１のロータ３５２は、第１のロータ３５２及び第２のロータ３５４に対して軸方向の磁束に起因して第１のロータ３５２の複数の磁極対３５６が複数の永久磁石３５８及び複数の強磁性歯３６０と相互作用するように、軸方向の様式で第２のロータ３５４と位置整合される。

【0034】

図４は、ラジアル磁化磁石と軸磁化磁石の両方を利用したサイクロイド磁気歯車４００の分解図である。様々な実施形態において、軸磁化磁石４０２は、歯３０８を磁化させ、コンシクエント極を作成するために利用される。様々な実施形態において、ラジアル磁化永久磁石３１０は排除されてもよく、軸磁化永久磁石４０２が利用されてもよい。そのような配置構成は、軸磁化永久磁石４０２の磁化を単純化し、サイクロイド磁気歯車４００の組み立てを単純化し得る。図４に示すように、軸磁化永久磁石４０２とラジアル磁化永久磁石３１０の両方を包含するハイブリッド配置構成が利用され得る。様々な実施形態において、軸磁化永久磁石４０２とラジアル磁化永久磁石３１０との任意の組合せが利用されてもよい。軸磁化永久磁石４０２とラジアル磁化永久磁石３１０の両方を使用することによって、サイクロイド磁気歯車４００のトルク密度及び／又は比トルクを増大させることができる。様々な実施形態において、異なる軸磁化方向が使用されてもよい（両方が同じ方向に磁化されるか、又は、反対の方向に磁化されるかのいずれか）。内側ロータ３０４に関するシナリオ及び外側ロータ３０２に関するシナリオのいずれかの任意の組合せが可能である。この実施形態は、２以上の任意の数の軸方向セグメントによって存続し得る。

【0035】

代替的に、磁石は、内側ロータ３０４及び外側ロータ３０２のそれぞれの表面上に取り付けられるのではなく、それらの一方又は両方に埋め込まれてもよい。磁石を、ロータの表面に固定化されることを必要とするのではなく、ロータ内のスロットに挿入することができるため、内部永久磁石構成は、組み立てを単純化し、内部永久磁石構成は、従来のリアクタンストルクに加えて、いくらかのリラクタンストルクを提供し得る。内部永久磁石ロータ内の磁石は、（限定ではないが）内部永久磁石モータのように、Ｖ、Ｕ、及び二重Ｖを含む、様々な構成に配置構成されてもよい。

【0036】

図５は、サイクロイド磁気歯車１００を組み立てるためのプロセス５００を示す流れ図である。プロセス５００は、ステップ５０２において開始する。ステップ５０４において、第１の複数の磁極対１１０が、外側ロータ１０２の内周の周りに配置される。ステップ５０６において、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８が、入力シャフト２０２に結合される。ステップ５０８において、第２の複数の磁極対１１６が、第１の内側ロータ１０４の外周上に配置され、第３の複数の磁極対１１８が、第２の内側ロータ１０６の外周上に配置され、第４の複数の磁極対１２０が、第３の内側ロータ１０８の外周上に配置される。様々な実施形態において、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８は、第１の内側ロータ１０４及び第３の内側ロータ１０８が外側ロータ１０２の中心軸から第１の側に向かってオフセットされるように位置付けられ、第２の内側ロータ１０６は、第２の内側ロータが外側ロータ１０２の中心軸から第２の側に向かってオフセットされるように位置付けられる。様々な実施形態において、第５の複数の磁極対１１２及び第６の複数の磁極対１１４が、第１の複数の磁極対１１０に平行に、外側ロータ１０２の内周の周りに配置される。そのような実施形態において、第２の複数の磁極対１１６は、第１の複数の磁極対と相互作用し、第３の複数の磁極対１１８は、第３の複数の磁極対１２０と相互作用し、第５の複数の磁極対１１２と相互作用し、第４の複数の磁極対１２０は、第６の複数の磁極対１１４と相互作用する。ステップ５１０において、第１の内側ロータ１０４、第２の内側ロータ１０６、及び第３の内側ロータ１０８が、外側ロータ１０２内に位置付けられる。プロセス５００は、ステップ５１２において終了する。論述を目的として、上記で言及したステップ５０４～５１０は、本明細書において論じられている順序において実施される必要はなく、様々な実施形態において、ステップ５０４～５１０は、任意の順序において実施されてもよい。

【0037】

図６は、たとえば、磁気サイクロイド歯車１００とともに使用されてもよい内側ロータ６００の断面図である。図７は、内側ロータ６００の分解図である。図８は、内側ロータ６００の斜視図である。図６～図８をまとめて参照すると、内側ロータ６００は、バック鉄心６０２と、バック鉄心６０２の表面に取り付けられる複数の永久磁石６０４とを含む。複数のスペーサ６０６が、バック鉄心６０２の表面にわたって配置される。複数のスペーサ６０６の各スペーサは、複数の永久磁石６０４の連続する磁石の間に位置付けられ、バック鉄心６０２から半径方向に延在する。様々な実施形態において、複数のスペーサ６０６は、非磁性材料から構築される。様々な実施形態において、複数のスペーサ６０６は、たとえば、バック鉄心６０２を切り欠いて、複数の磁石６０４の各磁石の位置を作成することによって形成されてもよい。したがって、そのような実施形態において、スペーサ６０６は、複数の磁石６０４の各磁石の連続する位置の間の領域内に形成される。他の実施形態において、複数のスペーサ６０６は、たとえば、非磁性ウェブをバック鉄心６０２に結合することによって形成されてもよい。図７の例によって示すように、複数のスペーサ６０６が、バック鉄心６０２内に形成されている溝６０８に挿入されてもよい。そのような実施形態において、複数のスペーサ６０６は、バック鉄心６０２との摩擦係合を介して、又は、たとえばエポキシなどの接着剤を介して、バック鉄心６０２に対して適所に拘束されてもよい。図６～図８は、例として、内側ロータ６００を示しているが、本開示の原理が、サイクロイド磁気歯車の外側ロータにも適用され得ることが、当業者には理解されよう。したがって、外側ロータもまた、連続する永久磁石の間にスペーサを位置付けられて構築されてもよい。

【0038】

図９は、内部に形成されているキー溝９０２を示す、サイクロイド磁気歯車９００の詳細図である。複数の機械的に位相シフトされたロータセグメントを利用した磁気歯車実施形態において、平衡を維持するために、連続的なロータが、互いに対して磁気的に位相シフトされる。組み立て中の機械的及び磁気的位相シフトを容易にし、動作中にシフトを維持するために、本開示の態様は、組み合わさった内側ロータバック鉄心６０２の内径及び／又は内側ロータサイクロイドディスク（ハブ）の外径上で（その表面を不均一にする）任意の種類のキー溝９０２又はスプライン、歯などを使用することを伴う。代替的に、同じ極性のすべての磁石６０４が、内側ロータキー溝マーキングのすべての上に位置付けられてもよく、ただし、各連続的なロータに対応する外側ステータ上の極の極性を入れ替えることによって、磁気位相シフトを維持してもよい。キー溝（又はスプライン）９０２はまた、ハブとバック鉄心６０２との間の摩擦嵌合を容易にするために使用されてもよく、内側ロータ６００へのトルクの伝達を容易にするための接着剤の必要性を除去する。様々な実施形態において、複数のロータセグメントを有するサイクロイド磁気歯車の製造中、単一のロータが構築されてもよく、その後、適切に位置整合された複数のロータセグメントを生成するために、回転軸に垂直である平面に沿って分割されてもよい。

【0039】

図１０は、２段サイクロイド磁気歯車システム１０００の断面図である。２段サイクロイド磁気歯車システム１０００は、第１のサイクロイド磁気歯車１００４に結合されている第１の入力シャフト１００２を含む。第１のサイクロイド磁気歯車１００４は、第１の出力シャフト１００６に結合されている。第１の出力シャフト１００６は、第１のベアリング１００８及び第２のベアリング１０１０によって支持される。第１の出力シャフト１００６は、第２の入力シャフト１０１２に結合されている。第２の入力シャフト１０１２は、第２のサイクロイド磁気歯車１０１４に結合されている。第２の入力シャフト１０１２は、第３のベアリング１０１６及び第４のベアリング１０１８によって支持される。

【0040】

図１１は、２段サイクロイド磁気歯車システム１１００の断面図である。２段サイクロイド磁気歯車システム１１００は、第１のサイクロイド磁気歯車１１０４に結合されている第１の入力シャフト１１０２を含む。第１のサイクロイド磁気歯車１１０４は、第１の出力シャフト１１０６に結合されている。第１の出力シャフト１１０６は、第１のベアリング１１０８及び第２のベアリング１１１０によって支持される。第１の出力シャフト１１０６は、第２のサイクロイド磁気歯車１１１４に結合されている。様々な実施形態において、第１のベアリング１１０８及び第２のベアリング１１１０は、たとえば、ボールベアリング、円筒ころ軸受、又は任意の他のタイプのベアリングであってもよい。様々な実施形態において、第１のサイクロイド磁気歯車１１０４及び第２のサイクロイド磁気歯車１１１４は、たとえば、単一ロータサイクロイド歯車又はマルチロータサイクロイド歯車であってもよい。

【0041】

図１２Ａは、リラクタンス型サイクロイド磁気歯車の概略図である。リラクタンス型サイクロイド磁気歯車１２００においては、内側ロータ１２０２又は外側ロータ１２０４のうちの一方に、磁石が置かれない。図１２Ａに示す実施形態において、内側ロータ１２０２上の磁石が歯１２０６及びスロット１２０８に置き換えられているが、他の実施形態においては、外側ロータ１２０４の磁石が歯及びスロットと置き換えられてもよい。様々な実施形態において、このトポロジは、表面永久磁石サイクロイド設計と同じギヤ比に対して約４分の１の磁極のみで、高いギヤ比が達成されることを可能にする。

【0042】

図１２Ｂは、軸磁化配置構成を利用したリラクタンス型サイクロイド磁気歯車１２５０の概略図である。サイクロイド磁気歯車は、第１のロータ１２５２及び第２のロータ１２５４を含む。複数の磁極対１２５６が、第１のロータ１２５２の軸面上に配置されている。複数の強磁性歯１２６０が、第２のロータ１２５４上に形成される。動作中、複数の磁極対１２５６は、磁気抵抗に起因して複数の強磁性歯１２６０に影響を及ぼす。第１のロータ１２５２は、第１のロータ１２５２及び第２のロータ１２５４に対して軸方向の磁束に起因して第１のロータ１２５２の複数の磁極対１２５６が複数の強磁性歯１２６０と相互作用するように、軸方向の様式で第２のロータ１２５４と位置整合される。

【0043】

図１３は、キー溝を有する磁気サイクロイド歯車の概略図である。図１３において、内側ロータサイクロイドディスク（ハブ）に接続してクランクシャフトに接続するためのキー溝１２１０が、図１３に示すように歯の背後に置かれてもよい。キーは、ロータ上に応力点が生じるのを回避し、磁束との干渉を回避するために、ロータの厚い点に配置される。言い換えれば、材料は、連結の領域における機械的応力を最小限に抑え、磁束との干渉を最小限に抑えるために、半径方向において最も厚いディスクの部分から除去されている。

【0044】

図１４は、磁束シールド１４０２を有するサイクロイド磁気歯車１４００の概略図である。動作中、外側ロータ１４０８の内周の周りでの内側ロータ１４０６の旋回は、内側ロータ１４０６と外側ロータ１４０８との間の空隙１４０４を様々な幅にする。外側ロータ１４０８の、内側ロータ１４０６と外側ロータ１４０８との間の最も近い相互作用点とは反対の側に、より大きい空隙が位置する。様々な実施形態において、磁束シールド１４０２が、内側ロータ１４０６と外側ロータ１４０８との間に位置する空隙１４０４のより大きい部分内に位置する。様々な実施形態において、磁束シールド１４０２は、図１４に示すように、半径方向において、空隙１４０４の最も小さい部分の反対にあってもよい。他の実施形態において、磁束シールド１４０２は、半径方向において空隙１４０４の最も小さい部分から反対の点から、いくらかの角度だけオフセットされてもよい。磁束シールド１４０２は、高速シャフトと同じ速度において主回転軸を中心として旋回する。磁束シールド１４０２は、内側ロータ１４０６上での反対のトルク生成に寄与する可能性がある望ましくない磁路を短絡するように成形される。磁束シールド１４０２はまた、内側ロータ１４０６のベアリングに対する半径方向負荷を減少させるように成形されてもよい。様々な実施形態において、磁束シールド１４０２自体がカウンターウェイトに置き換わってもよく、又は、追加のカウンターウェイティングが、磁束シールド１４０２を含めた後の最終的な平衡に使用されてもよい。様々な実施形態において、磁束シールド１４０２は、たとえば、表面永久磁石、コンシクエント極、内部永久磁石、及びリラクタンス型サイクロイド磁気歯車を含む、様々なタイプのサイクロイド磁気歯車とともに利用されてもよい。

【0045】

図１５は、特定の瞬間におけるサイクロイド磁気歯車の内側ロータ１４０６への力分布を示す概略図である。内側ロータ１４０６の外側ロータ１４０８との磁気的相互作用は、内側ロータ１４０６に作用するトルクを生じさせる。内側ロータ１４０６の一方の側で、トルクは、正の値を有し、内側ロータ１４０６の回転と同じ方向において作用する。しかしながら、内側ロータ１４０６の反対の側で、トルクは、負の値を有し、内側ロータ１４０６の回転方向と反対に作用する。動作中、磁束シールド１４０２は、サイクロイド磁気歯車１４００において逆効果のトルクを生成する反対の力を相殺する。

【0046】

磁束シールド１４０２は、入力カムシャフトによって駆動される、内側ロータ１４０６の偏心運動の速度においてスピンすることになるため、磁束シールド１４０２は、様々な実施形態において、入力カムシャフト（明示的には図示せず）に結合することができる。図１６は、１つ又は複数のウェブ１７０６によって中心ハブ１７０４から片持ちされる磁束シールド１７０２の斜視図である。様々な実施形態において、中心ハブ１７０４は、入力カムシャフトを受け入れる。図１６に示すように、磁束シールド１７０２は、片持ちされてもよいが、スタック長さが小さくても、そのような片持ちの結果として偏向が大きくなる。磁束シールド１７０２を拘束するウェブ１７０６及び中心ハブ１７０４は、様々な実施形態において、磁束シールド１７０２及び関連付けられる構造物がカウンターウェイトとして作用するように、質量を除去されて（又は追加されて）設計されてもよい。

【0047】

図１７は、カウンターウェイトとして機能するために質量を追加された磁束シールドアセンブリ１９００の斜視図である。磁束シールドアセンブリ１９００は、第１の複数のウェブ１９０６を介して中心ハブ１９０４に結合されている磁束シールド１９０２を含む。カウンターウェイト１９０８が、中心ハブ１９０４の、磁束シールド１９０２から反対の側に配置されている。カウンターウェイト１９０８は、第２の複数のウェブ１９１０によって中心ハブ１９０４から分離されている。動作中、カウンターウェイト１９０８は、磁束シールド１９０２によって発揮される機械力を平衡させ、磁束シールド１９０２の偏向を防止する。

【0048】

図１８Ａは、質量を除去された磁束シールド２０２０の斜視図である。磁束シールド２０２０自体は、様々な実施形態において、モノリシック構造でなくてもよく、磁束シールド２０２０に静的又は動的カウンターバランスとして作用させるように、適所において質量が除去されていてもよく、それによって、下記において図１８Ｂ及び図１８Ｃに関連して論じるように、磁束シールド２０２０の重心を入力カムシャフトの中心に移動させることができる。磁束シールド２０２０、及び、入力シャフトへの結合は、様々な実施形態において、構造的完全性を増大させるために、１つの固体物体から作成されてもよい。しかしながら、他の実施形態において、磁束シールド、及び、入力シャフトへの結合は、非一体であってもよい。

【0049】

図１８Ｂは、シャフト２０２４が中心２０２６を有する磁石歯車の断面図である。図１８Ｃは、シャフト２０２４に固定化されている磁束シールド２０２０を示す。図１８Ｂにおける磁気歯車の構成は、中心２０２６の上方又はわずかに上方の質量中心を有する。磁束シールド２０２０がシャフト２０２４に固定化されると、質量中心は、中心２０２６により近く、下向きに移動される。したがって、いくつかの実施形態において、磁束シールド２０２０は、質量中心が中心２０２６に向かって、又は、中心２０２６に移動されるように構成することができる。

【0050】

図１９は、磁束シールド８０２を有する半径方向磁気サイクロイド歯車の断面図である。磁束シールド８０２は、磁束シールド８０２の、内側ロータ８０６及び外側ロータ８０８との磁気的相互作用から生じる半径方向内向き及び外向きの力を受けるため、不安定均衡が生じる。より良好な組み立て及びよりロバストな設計を容易にするために、磁束シールド８０２は、外側ロータ８０８に意図的により近くか、又は、内側ロータ８０６に意図的により近くのいずれかとして、より大きい空隙２１０２において意図的にオフセットされてもよい。いずれかのロータに意図的により近くすることによって、磁束シールド８０２は、大きい不平衡力を受け得る。様々な実施形態において、そのような不平衡力は、磁束シールド８０２に、ブッシング若しくはベアリングとインターフェースさせるか、又は、良好な接触を保証させることによって、活用することができる。磁束シールド８０２又は出力ピンディスク（明示的には図示せず）は、様々な実施形態において、より円滑な摺動を容易にするために、たとえば、陽極酸化されてもよく、硬化されてもよく、又は、ブッシングを保有してもよい。

【0051】

図２０は、ベアリング把持構造２２０４を低速シャフト２２０８上の低速シャフトピンディスク２２０６に対して係合させる磁束シールド２２０２の斜視図である。様々な実施形態において、磁束シールド２２０２はまた、部分的にベアリング把持構造２２０４上に載置されてもよい。様々な実施形態において、磁束シールド２２０２はまた、低速シャフトピンディスク２２０６上の大きいベアリングとは反対に、低速シャフト又はハウジング上のベアリング上にあってもよい。そのような配置構成は、磁束シールド２２０２を高速カムシャフトに結合し、磁束シールド２２０２がベアリング又はブッシングを介した低速シャフト２２０８との第２のインターフェースを有することを可能にする。これは、それらの構成要素が異なる速度で、又は、ベアリング若しくはブッシングを介してハウジングとともに回転するためである。この場合、磁束シールド２２０２は、様々な実施形態において、低速シャフト２２０８上への配置を容易にするために、内側ロータ８０６に意図的により近くオフセットされてもよい。代替的に、磁束シールド２２０２は、入力シャフトに結合され、外側ロータに意図的により近くオフセットされ、外側ロータに接続されているベアリング又はブッシングアタッチメントを有してもよい。そのような配置構成は、外側ロータがすでにブッシング／ベアリングを必要とする場合に、内側ロータがそれ自体の軸を中心として静止しており、外側ロータが回転する実施形態において有用である。いくつかの実施形態において、典型的には、低速シャフト２２０８上にベアリングが存在し、低速シャフトピンディスク２２０６上には存在しない。この配置構成において、磁束は、本質的に低速ピンディスク２２０６を過ぎ、低速シャフト２２０８上のベアリングを把持する。

【0052】

この特定の実施形態は、低速シャフトピンディスク２２０６、低速シャフト２２０８、及び高速カムシャフトを記載しているが、入力シャフト（及び関連付けられる構成要素）を高速シャフト（及び関連付けられる構成要素）とすることができ、低速シャフト（及び関連付けられる構成要素）を出力シャフト（及び関連付けられる構成要素）とすることができることが、当業者には理解されるはずである。したがって、本明細書において使用される場合、入力は高速と置き換えることができ（たとえば、入力シャフトは高速シャフトとすることができる）、出力は低速と置き換えることができる（たとえば、出力シャフトは低速シャフトとすることができる）。この用語は、本開示全体を通じて交換することができ、様々な応用形態が、入力構成要素が高速構成要素であること、又は、出力構成要素が低速構成要素であることを必要とする。

【0053】

図２１は、ベアリングリップ２３０４を有する磁束シールド２３０２の斜視図である。様々な実施形態において、磁束シールド２３０２を固定化することができる少なくとも２つのロケーションが存在する。第１のロケーションは、入力シャフトに対する磁束シールド２３０２の結合を介するものであってもよい。第２のロケーションは、様々な実施形態において、第２の接触点に対して軸方向に位置整合するための特徴を使用してもよい。そのような配置構成は、様々な実施形態において、たとえば、ベアリング２３０６上のフランジ若しくはリップ２３０４、又は、内側若しくは外側ロータ上のブッシングを利用してもよい。この種類のリップを有するために、磁束シールド２３０２のための装置は、少なくとも２つの部品である。

【0054】

図２２は、複数の磁束シールド２４０２（１）～（２）及びピンディスク２４０４（１）～（２）から成るシステムの斜視図である。スタック長さが長いサイクロイド磁気歯車の場合、そのような大きい長さにわたってピンを片持ちしないように、複数のピンディスク２４０４（１）～（２）を有することが有利であり得る。様々な実施形態において、ピンディスク２４０２（１）～（２）の外径は、大きく厚い区画を有し得、ベアリングも同様である。この場合、単一の磁束シールド２４０２（１）～（２）の本体の長さが、たとえば、磁束シールド２４０２（１）～（２）を各ピンディスク区画の後に機械的に位相シフトすることによって、減少し得る。２つのピンディスク２４０４（１）～（２）及び２つの磁束シールド２４０２（１）～（２）を有する例が示されているが、他の実施形態において、任意の数のピンディスク及び磁束シールドが利用されてもよい。

【0055】

しかしながら、多数のピンディスクが使用される場合、磁束シールド２４０２（１）～（２）が半径方向内向きを指す力を有するように、磁束シールド２４０２（１）～（２）は外側ロータよりも内側ロータに近くなり得る。この場合に、サイクロイド歯車が動作し、磁束シールド２４０２（１）～（２）上の遠心力が増大するとき、磁束シールド２４０２（１）～（２）は、より良好にベアリング２４０８に予備的に負荷を与え、ベアリング２４０８上に載置されるように、依然として磁気的に内向きに引き付けられ得る。

【0056】

図２３は、同心歯車システム３８００の断面図である。同心歯車システム３８００は、第１の複数の磁極対３８０４が外周上に配置されている内側バック鉄心３８０２を含む。内側バック鉄心３８０２及び第１の複数の磁極対３８０４は、外側バック鉄心３８０６内に配置されている。外側バック鉄心３８０６は、内周上に配置されている第２の複数の磁極対３８０８を有する。変調器３８１０が、第１の複数の磁極対３８０４と第２の複数の磁極対３８０８との間に配置されている。

【0057】

依然として図２３を参照すると、変調器３８１０は、複数の非磁性セグメント３８１４と交互になるように配置構成されている複数の透磁性セグメント３８１２を含む。したがって、複数の透磁性セグメント３８１２の各透磁性セグメントは、複数の非磁性セグメント３８１４の連続的な非磁性セグメントの間に配置されている。様々な実施形態において、複数の透磁性セグメント３８１２の各透磁性セグメント及び複数の非磁性セグメント３８１４の各非磁性セグメントは、第１の端部から外向きに延在する突出部３８１６及び第２の端部から内向きに延在するくぼみ３８１８によって形成される。様々な実施形態において、突出部３８１６及びくぼみ３８１８は、複数の透磁性セグメント３８１２の複数の非磁性セグメント３８１４との結合を容易にする。様々な実施形態において、そのような配置構成は、変調器３８１０を容易に組み立てることを促進する。付加的に、複数の磁性セグメント３８１２及び複数の非磁性セグメント３８１４は、磁束のチョーキングを防止し、変調器３８１０のセグメント間の短い磁束漏れ経路の形成を防止する。

【0058】

様々な実施形態において、突出部３８１６及びくぼみは、様々な形状を有してもよい。図２４Ａは、突出部３８１６及びくぼみ３８１８が、変調器３８１０のセグメントの半径方向の長さ全体に延在し得ることを示している。図２４Ｂは、突出部３８１６及びくぼみ３８１８が、変調器３８１０のセグメントの半径方向の部分的な長さに延在し得ることを示している。図２４Ｃは、突出部３８１６及びくぼみ３８１８が楕円形状を有し得ることを示している。図２４Ｄは、突出部３８１６及びくぼみ３８１８が、たとえばブリッジ３８２０などの他の支持メカニズムとともに利用され得ることを示している。

【0059】

様々な実施形態において、図２３に関連して記載されているタイプの変調器３８１０は、他の磁気歯車トポロジとともに利用されてもよい。図２５Ａは、突出部３９０６及びくぼみ３９０８を有する透磁性セグメント３９０４を有する変調器３９０２を有する軸方向磁束磁気歯車を示す。図２５Ｂは、突出部３９５６及びくぼみ３９５８を有する透磁性セグメント３９５４を有する変調器３９５２を有する横方向磁束磁気歯車３９５０を示す。図２５Ａ及び図２５Ｂにおいて、変調器（３９０２、３９５２）の非磁性セグメントは、明瞭にするために省略されている。

【0060】

図２６は、成形変調器セグメント４００２を有する同心磁気歯車４０００の断面図である。磁束変調器４００１は、複数の変調器セグメント４００２を含む。様々な実施形態において、複数の変調器セグメント４００２の各変調器セグメントは、第１の複数の磁極対３８０４から第２の複数の磁極対３８０８までの電磁角度をマッピングする。変調器セグメント４００２の数は、第１の複数の磁極対３８０４又は第２の複数の磁極対３８０８のうちの極対の数に関係付けられる必要はない。様々な実施形態において、単一の歯車が、複数の異なる形状を有する複数の変調器セグメント４００２を有してもよい。様々な実施形態において、変調器セグメント４００２は、第１の複数の磁極対３８０４又は第２の複数の磁極対３８０８のいずれかに作用する不平衡磁力を減少させるか又は排除するように配置構成されてもよい。図２７Ａは、変調器セグメント４００２の２つの区画を有する変調器４０５１を示す。図２７Ｂは、変調器セグメント４００２の３つの区画を有する変調器４０６１を示す。図２７Ｃは、変調器セグメント４００２の４つの区画を有する変調器４０７１を示す。図２６～図２７Ｃは、モジュール式セグメントの１～４つの区画を有する変調器を示すが、いくつかの実施形態においては、モジュール式セグメントの任意の数の区画を利用することができる。様々な実施形態において、変調器セグメント４００２は、他の磁気歯車トポロジに適用されてもよい。図２８Ａは、各々が第１の複数の磁極対（たとえば、図２６の第１の複数の磁極対３８０４）から第２の複数の磁極対（たとえば、図２６の第２の複数の磁極対３８０８）までの電磁角度をマッピングする変調器セグメント４００２を有する軸方向磁束磁気歯車４２００を示す。図２８Ｂは、各々が第１の複数の磁極対（たとえば、図２６の第１の複数の磁極対３８０４）から第２の複数の磁極対（たとえば、図２６の第２の複数の磁極対３８０８）までの電磁角度をマッピングする変調器セグメント４００２を有する横方向磁束磁気歯車４２５０を示す。

【0061】

図２９Ａ～図２９Ｂは、製作を容易にするための特徴を有して設計されている変調器４３００の実施形態を示す。様々な実施形態において、変調器は、図２９Ａに示すように、ブリッジ４３０２を有して製作される。このとき、変調器セグメント４００２間の間隙は、たとえば、非磁性材料によって充填される。様々な実施形態において、その後、複数の変調器セグメント４００２を有する変調器４３００を作成するために、ブリッジが機械加工され得る。いくつかの実施形態において、各変調器セグメントは、図２９Ｂに示すように、一方の側の突出部及び他方の側のくぼみを有してもよい。

【0062】

様々な実施形態において、軸方向磁束同軸磁気歯車の前方少極数ロータは高速ロータであり、軸方向磁束同軸磁気歯車の後方多極数ロータは固定されており、変調器は、自由に回転する低速ロータのままにされる。代替的に、変調器は固定されてもよく、多極数後方ロータは低速ロータとして作用してもよい。第８、第９、及び第１０技術を含むすべての磁気歯車について、各ロータは、従来の若しくはハルバッハトポロジの表面永久磁石を包含してもよく、又は、コンシクエント極、磁束収束、又はリラクタンストポロジのものであってもよい。

【0063】

様々な実施形態において、磁気歯車は、信頼性の改善、メンテナンスの低減、音響雑音の低減、及び固有の過負荷の保護の、機械式歯車にまさる潜在的利点をもたらす。複数のロータを有するサイクロイド型磁気ギヤボックスは、風力若しくは波力エネルギー変換、宇宙牽引若しくは作動、又は自動化のためのロボット工学などの産業にとって特に関心のある、非常に高いギヤ比を達成することが可能である。

【0064】

本開示の様々な実施形態が、添付の図面に示され、上記の詳細な説明において説明されているが、本開示は本明細書において開示されている実施形態に限定されず、本明細書に記載のような本開示の精神から逸脱することなく、多数の再構成、修正、及び置換が可能であることは理解されよう。

【0065】

「実質的に」という用語は、当業者には理解されるように、指定されるものを必ずしも完全にではなく大まかなものとして規定される。任意の開示されている実施形態において、「実質的に」、「ほぼ」、「概して」、及び「約」という用語は、指定されているもの「の［ある百分率］の中」と置換されてもよく、百分率は、０．１、１、５、及び１０パーセントを含む。

【0066】

上記は、いくつかの実施形態の特徴を、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように概説している。本明細書において紹介されている実施形態の同じ目的を実行し、及び／又は、同じ利点を達成するために他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として、本開示を容易に使用することができることを、当業者には諒解されたい。そのような均等な構築物は、本開示の精神及び範囲から逸脱しないこと、並びに、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、及び改変を行うことができることも、当業者には認識されたい。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の文言によってのみ決定されるものとする。特許請求の範囲内の「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、特許請求項内の要素の記載されている列挙が開放グループであるように「少なくとも含む」ことを意味するように意図されている。用語「ａ」、「ａｎ」及び他の単数形の用語は、明確に除外されない限り、その複数形を含むように意図されている。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図25A】

【図25B】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図27C】

【図28A】

【図28B】

【図29A】

【図29B】

【国際調査報告】