(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒孔を有する円筒状の外側筒と、
前記外側筒の内周部に取り付けられた複数の外側磁石片を有する外歯車と、
前記外歯車の前記筒孔に配置される円筒状の内側筒と、
前記内側筒の外周部に取り付けられた複数の内側磁石片を有する内歯車と、
前記外歯車の前記筒孔と同心円状に間隔を開けて並び、前記外側筒及び前記内側筒の中心軸方向に対してスキューされている複数の磁性歯部と、前記複数の磁性歯部の間に設けられた複数の固定部とを有する本体部と、前記本体部に接続するベース部とを有し、前記外歯車と前記内歯車との間に配置されるステータ歯車と
を備える磁気歯車装置。
【請求項２】
前記磁性歯部は、電磁鋼板により形成される請求項１に記載の磁気歯車装置。
【請求項３】
前記固定部は、合成樹脂により形成される請求項１又は２に記載の磁気歯車装置。
【請求項４】
前記磁性歯部は、複数の磁性片が前記本体部の軸方向に積層されて構成される請求項１〜３のいずれかに記載の磁気歯車装置。
【請求項５】
前記磁性歯部は、圧粉磁心により形成される請求項１〜３のいずれかに記載の磁気歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気引力又は斥力を利用して動力を伝達する磁気歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車は、トルクなどの動力を伝達する機械要素である。一般的な歯車は、原動側の歯と従動側の歯が接触することで動力を伝達するため、原動側の歯と従動側の歯との間に摩擦が生じる。したがって、原動側の歯と従動側の歯との間には、潤滑剤が必要になる。また、原動側の歯と従動側の歯との接触による騒音も発生する。そこで、近年、歯の接触の無い磁気歯車が開発されている。磁気歯車は、非接触でトルクを伝達するため、潤滑剤を必要とせず、且つ、無騒音で駆動させることができる。
【０００３】
一方、ロボットや複写機等に用いられる減速機構には、過大なトルクが作用したときにそのトルクを遮断（動力伝達を遮断）するトルクリミッタ機能を有するものが要求されている。磁気歯車は、トルクリミッタ機能を有するため、簡単な構造でトルクリミッタ機能を備えた減速機構を構成することができる。
【０００４】
磁気歯車装置としては、例えば、非特許文献１に記載されているものがある。この非特許文献１に記載された磁気歯車装置は、円筒状のハイスピードロータ及びロースピードロータを有しており、ハイスピードロータの外周面が、ロースピードロータの内周面に対向している。そして、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間に生じる磁気引力を利用して、ハイスピードロータの動力をロースピードロータに伝達する。
【０００５】
また、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間には、磁石片の磁束を通す複数の鉄片（磁性歯部）が配置されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ.Ａｔａｌｌａｈ ａｎｄ Ｄ．Ｈｏｗｅ，「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｇｅａｒ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，ＪＵＬＹ ２００１，Ｖｏｌ．３７． Ｎｏ．４，ｐ．２８４４−２８４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載された磁気歯車装置では、しかしながら、非特許文献１に記載された磁気歯車装置では、渦電流が発生するため、複数の鉄片（磁性歯部）をそれぞれ独立した状態に形成する必要があった。また、複数の鉄片（磁性歯部）を独立した状態に形成した場合、ハイスピードロータ及びロースピードロータを回転させると、電磁力の作用により鉄片が変形するという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、複数の鉄片（磁性歯部）をそれぞれ独立した状態に形成し、磁石片の磁束を通す複数の鉄片（磁性歯部）の変形を防止することができる磁気歯車装置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】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の磁気歯車装置は、筒孔を有する円筒状の外側筒と、外側筒の内周部に取り付けられた複数の外側磁石片を有する外歯車と、外歯車の筒孔に配置される円筒状の内側筒と、内側筒の外周部に取り付けられた複数の内側磁石片を有する内歯車とを有する。更に、ステータ歯車は、外歯車と内歯車との間に配置され、外歯車の筒孔と同心円状に間隔を開けて並び、外側筒及び内側筒の中心軸方向に対してスキューされている複数の磁性歯部と、複数の磁性歯部の間に設けられた複数の固定部とを有する本体部と、本体部に接続するベース部とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁気歯車装置によれば、外歯車の筒孔と同心円状に間隔を開けて並ぶ複数の磁性歯部の間に複数の固定部を介在させているため、複数の磁性歯部の剛性が増加し、複数の磁性歯部がそれぞれ独立した状態となる。その結果、磁束が周方向に通ることを防止し、磁石片の磁束を通す複数の磁性歯部の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置を示す断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置の外歯車の分解斜視図である。
【図４】図４Ａは本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置の外歯車の断面図であり、図４Ｂは図４Ａに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の斜視図である。
【図６】図６Ａは本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の断面図であり、図６Ｂは図６Ａに示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】図７Ａは本発明の実施の形態例にかかるステータ歯車のステータ部材の平面図であり、図７Ｂは本発明の実施の形態例にかかるステータ歯車のステータ部材を積層した状態を示す側面図である。図７Ｃは本発明の実施の形態例にかかるステータ歯車におけるステータ部材に固定部が介在された状態を示す側面図であり、図７Ｄは本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置におけるステータ歯車の本体部の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置における外歯車の第１の磁束収束部がステータ歯車の磁性歯部に対向した状態の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置における外歯車の第２の磁束収束部がステータ歯車の磁性歯部に対向した状態の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置における外歯車の第３の磁束収束部がステータ歯車の磁性歯部に対向した状態の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置における外歯車の第４の磁束収束部がステータ歯車の磁性歯部に対向した状態の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置における外歯車の第１の磁束収束部が図８に示す磁性歯部の隣の磁性歯部に対向した状態の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態例にかかる磁気歯車装置の磁石片の配列と磁束密度の分布を示す説明図である。図１３Ａは内歯車の磁石片の配列と磁束密度の分布を示す説明図であり、図１３Ｂは外歯車の磁石片の配列と磁束密度の分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の磁気歯車装置の実施の形態例について、図１〜図１３を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
【００１３】
１．磁気歯車装置の構成
まず、本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる磁気歯車装置について、図１を参照して説明する。
図１は本例にかかる磁気歯車装置の構成を示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の磁気歯車装置１は、ケース２と、第１の回転軸３と、第２の回転軸４と、外歯車５と、内歯車６と、ステータ歯車７を備えている。外歯車５は、第２の回転軸４に固定され、内歯車６は、第１の回転軸３に固定されている。また、ステータ歯車７は、ケース２に固定されている。
【００１５】
ケース２は、非磁性材料により形成された筐体である。ケース２の材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム、銅等の金属、又は合成樹脂を挙げることができる。
【００１６】
このケース２は、中空部２ａと開口部２ｂを有している。ケース２の中空部２ａには、外歯車５、内歯車６及びステータ歯車７が配置される。そして、ケース２の開口部２ｂでは、中空部２ａに配置された外歯車５及びステータ歯車７の一部が露出する。
【００１７】
また、ケース２は、底板１１と、第１の支持板１２と、第２の支持板１３と、補強片１４を備えている。底板１１は、開口部２ｂと対向して配置される。そして、第１の支持板１２と第２の支持板１３は、底板１１に連続して略垂直に突出している。第１の支持板１２は、第２の支持板１３に対向している。この第２の支持板１３には、軸受１７が設けられており、第２の支持板１３の外面には、補強片１４が固定されている。この補強片１４は、軸受１８を備えている。
【００１８】
第１の回転軸３は、非磁性材料から形成されている。第１の回転軸３の材料としては、ケース２の材料と同様の材料を挙げることができる。
【００１９】
第１の回転軸３は、第１の支持板１２とステータ歯車７の後述するベース部４７を貫通している。このベース部４７には、軸受１６が設けられている。第１の回転軸３は、ベース部４７に設けられた軸受１６を介してステータ歯車７のベース部４７に回転可能に取り付けられている。
【００２０】
第２の回転軸４は、第１の回転軸３と同様に、非磁性材料から形成されている。第２の回転軸４の材料としては、ケース２の材料と同様の材料を挙げることができる。
【００２１】
第２の回転軸４は、軸部４ａと、円板部４ｂから構成されている。軸部４ａは、第２の支持板１３と補強片１４を貫通している。この軸部４ａは、軸受１７を介して第２の支持板１３に取り付けられ、軸受１８を介して補強片１４に回転可能に取り付けられている。
【００２２】
第２の回転軸４の円板部４ｂは、軸部４ａの先端に設けられている。また、円板部４ｂにおける軸部４ａと反対側の面には、軸受１９が設けられている。この円板部４ｂには、軸受１９を介して第１の回転軸３の先端部が回転可能に取り付けられる。さらに、第１の回転軸３の軸心と第２の回転軸４の軸心は互いに一致する。
【００２３】
軸受１６，１７，１８及び１９は、それぞれ転動体１６ａ，１７ａ，１８ａ及び１９ａを有する転がり軸受（ボールベアリング）である。これら軸受１６〜１９の転動体１６ａ〜１９ａは、非磁性材料または炭素含有量が多い材料によって形成することが好ましい。通常使用される転がり軸受は、硬度を確保するための焼き入れを行うため、炭素含有量は多い。したがって、そのような通常の転がり軸受を用いてもよい。
【００２４】
なお、本発明に係る軸受は、転がり軸受に限定されるものではなく、例えば、すべり軸受、流体軸受等を適用することもできる。
【００２５】
［内歯車］
次に、内歯車６の一具体例について、図２を参照して説明する。
図２は図１に示す本例にかかる磁気歯車装置のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２に示すように、内歯車６は、内側筒３１と、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂとから構成されている。そして、内歯車６は、外歯車５内に配置されている（図１参照）。
【００２６】
内側筒３１は、円形の筒孔３１ａを有する円筒形状に形成されている。筒孔３１ａには、第１の回転軸３が嵌合されている。この内側筒３１は、磁性材料により形成されている。内側筒３１の材料としては、例えば、鉄や珪素鋼板等が挙げられる。
【００２７】
内側筒３１を、鉄や珪素鋼板等の板状部材を複数積層して形成してもよい。複数の板状部材を積層して内側筒３１を形成する場合、カシメ、溶接、接着剤等の固着方法により固着され一体として成形される。
【００２８】
内歯車６が回転すると、内側筒３１の軸方向に渦電流が流れる。しかしながら、複数の板状部材を積層して内側筒３１を形成した場合、複数の板状部材を積層した際に生じる微細な隙間が抵抗となり、渦電流を遮断することができる。そのため、渦電流によるトルクの損失を抑えることができる。なお、渦電流の遮断をより確実にするために、重なり合う板状部材間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させてもよい。
【００２９】
この内側筒３１の外周部には、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂが取り付けられている。複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ内側筒３１の軸方向に長い板状の永久磁石である。複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、内側筒３１の径方向に磁化されている。
【００３０】
内側磁石片３２Ａは、内側筒３１の径方向の外側（外歯車５側）がＮ極であり、内側筒３１の径方向の内側（第１の回転軸３側）がＳ極である。一方、内側磁石片３２Ｂは、内側筒３１の径方向の外側（外歯車５側）がＳ極であり、内側筒３１の径方向の内側（第１の回転軸３側）がＮ極である。
【００３１】
これらの複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、内側筒３１の周方向に交互に配設されている。そのため、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、異なる磁極が内側筒３１の筒孔３１ａの周方向に隣り合うように並べられている。
【００３２】
本例では、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂを磁性材料からなる内側筒３１に貼り付けることにより、内側筒３１の磁気モーメントを揃えて、大きな表面磁束密度を得ることができる。また、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、磁気引力によって内側筒３１の外周部に吸着させることができるため、複数の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂを内側筒３１の外周部に簡単に取りつけることができる。
【００３３】
［外歯車］
次に、外歯車５の一具体例について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は本例にかかる磁気歯車装置の外歯車の分解斜視図である。また、図４Ａは本例にかかる磁気歯車装置の外歯車の断面図であり、図４Ｂは図４Ａに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３４】
図３に示すように、外歯車５は、外側筒２１と、複数の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂと、複数の第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂから構成されている。
【００３５】
外側筒２１は、円形の筒孔２１ａを有する円筒形状に形成されている。また、図３及び図４Ａに示すように、外側筒２１は、筒孔２１ａから径方向内側に向かって突出する突起部２１ｂを有している。外側筒２１の軸方向の一側から第２の回転軸４の円板部４ｂが挿入されて、筒孔２１ａに円板部４ｂが嵌合されている。そして、外側筒２１の突起部２１ｂは、第２の回転軸４の円板部４ｂに当接している（図４Ａ参照）。この外側筒２１は、磁性材料で形成されている。なお、外側筒２１の材料としては、例えば、鉄や珪素鋼板等が挙げられるが、積層鉄心が好ましい。
【００３６】
積層鉄心を用いて外側筒２１を形成すると、重なり合う板状部材間の微細な間隙が抵抗になり、外側筒２１の軸方向に流れる渦電流を遮断することができる。渦電流の遮断をより確実にするために、重なり合う板状部材間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させてもよい。
【００３７】
図４Ｂに示すように、外側筒２１の筒孔２１ａには、複数の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂが筒孔２１ａの周方向に並べられている。複数の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂの内周部には、複数の第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂが並べられている。つまり、第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂは、第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂよりも外側筒２１の径方向の内側に配置されている。
【００３８】
複数の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ外側筒２１の軸方向に沿った細長い略棒状の永久磁石である（図３参照）。そして、複数の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂは、外側筒２１の径方向に磁化されている。
【００３９】
第１外側磁石片２２Ａは、外側筒２１の径方向の外側がＮ極であり、外側筒２１の径方向の内側がＳ極である。一方、第１外側磁石片２２Ｂは、外側筒２１の径方向の外側がＳ極であり、外側筒２１の径方向の内側がＮ極である。第１外側磁石片２２Ａと第１外側磁石片２２Ｂは、異なる磁極が外側筒２１の周方向に交互に配置されている。
【００４０】
複数の第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ外側筒２１の軸方向に沿った細長い略棒状の永久磁石である（図３参照）。そして、複数の第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂは、外側筒２１の周方向に磁化されている。
【００４１】
第２外側磁石片２３Ａは、外側筒２１の周方向の一側がＮ極であり、外側筒２１の周方向の他側がＳ極である。一方、第２外側磁石片２３Ｂは、外側筒２１の周方向の一側がＳ極であり、外側筒２１の周方向の他側がＮ極である。複数の第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂは、同じ磁極が外側筒２１の周方向に隣り合うように並べられている。
【００４２】
また、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＮ極は、第１外側磁石片２２ＢのＮ極上に配置される。このとき、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＮ極と第１外側磁石片２２ＢのＮ極が外側筒２１の径方向で隣り合う。そして、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＮ極が隣り合う境界は、外側筒２１の周方向における第１外側磁石片２２Ｂの中間部に位置している。
【００４３】
また、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＳ極は、第１外側磁石片２２ＡのＳ極上に配置される。このとき、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＳ極と第１外側磁石片２２ＡのＳ極が外側筒２１の径方向で隣り合う。そして、第２外側磁石片２３Ａ，２３ＢのＳ極が隣り合う境界は、外側筒２１の周方向における第１外側磁石片２２Ａの中間部に位置している。
【００４４】
第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂは、外側筒２１の周方向における両端に切欠き部を有している。第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂが外側筒２１の周方向に隣り合って配置されているため、この切欠き部は対向してＶ字状の溝部となり、磁束収束部２５を形成する。磁束収束部２５は、同じ磁極が外側筒２１の径方向及び周方向に隣り合うため、磁束が集中する。
【００４５】
この切欠き部により形成された磁束収束部２５には、磁束が集中するため磁束密度が向上し、トルクを大きくすることができる。また、第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂに切欠き部を設けたことにより、永久磁石の使用量を少なくすることができる。
【００４６】
本例の磁束収束部２５は、Ｖ字状の溝部により形成されているが、これに限定されない。例えば、切り欠きを有さない第２外側磁石片が間隔を開けて並べられることにより凹部を形成し、この凹部を磁束収束部としてもよい。
【００４７】
［ステータ歯車］
次に、図５〜図７を参照してステータ歯車７について説明する。
図５は本例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の斜視図である。
また、図６Ａは本例にかかる磁気歯車装置のステータ歯車の断面図であり、図６Ｂは図６Ａに示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
さらに、図７Ａは本例にかかるステータ歯車のステータ部材の平面図であり、図７Ｂは本例にかかるステータ歯車のステータ部材を積層した状態を示す側面図である。図７Ｃは本例のステータ歯車におけるステータ部材に固定部が介在された状態を示す側面図であり、図７Ｄは本例のステータ歯車の本体部の平面図である。
【００４８】
図５に示すように、ステータ歯車７は、本体部４１と、本体部４１を支持するベース部４７により構成されている。このステータ歯車７は、ケース２の第１の支持板１２に取り付けられ（図１参照）、外歯車５と内歯車６との間に配置される。
【００４９】
本体部４１は、略円筒形に形成されている。この本体部４１は、複数の固定部５０と、複数の磁性歯部５３から構成されている。複数の磁性歯部５３は、本体部４１の周方向に沿って、略等間隔を開けて配置されている。すなわち、複数の磁性歯部５３は、外歯車５の筒孔２１ａと同心円状に間隔を開けて並べられている（図２参照）。また、複数の磁性歯部５３は、隣り合う磁性歯部５３と間隔を開けて配置されているため、互いに独立している。
【００５０】
磁性歯部５３は、後述するステータ部材４２の磁性片４２ｂ（図７Ａ参照）が積層されることにより形成される。磁性歯部５３は、本体部４１の軸方向に対してスキューされている。すなわち、磁性歯部５３は、本体部４１の中心軸回りに回転するように捻れて配置される。
【００５１】
固定部５０は、磁性歯部５３の間に介在される。この固定部５０は、例えば合成樹脂からなる固定部材により形成される。
【００５２】
ベース部４７は、略円板形に形成されている。このベース部４７は、本体部４１の軸方向の一側に取り付けられている。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ベース部４７は、貫通孔４７ａと、凹部４７ｂを有している。貫通孔４７ａは、ベース部４７の中央部に設けられ、ベース部４７の第１の支持板１２に接続する面から反対側の面にかけて貫通している。この貫通孔４７ａには、第１の回転軸３が貫通する（図１参照）。
【００５３】
ベース部４７の凹部４７ｂは、貫通孔４７ａの周囲に設けられ、本体部４１に対向する面から窪んで形成される。この凹部４７ｂには、軸受１６が配設される（図１参照）。
【００５４】
次に、本体部４１の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｄを参照して説明する。
まず、磁性歯部５３を形成するステータ部材４２について説明する。
【００５５】
図７Ａに示すように、ステータ部材４２は、中央部に円形の貫通孔を有する円板形状に形成されている。このステータ部材４２は磁性材料からなり、ステータ部材４２の材料としては、例えば、電磁鋼板等が用いられる。
【００５６】
ステータ部材４２は、連結部４２ａと、磁性片４２ｂと、溝部４２ｃを有している。ステータ部材４２の連結部４２ａは、リング状に形成されており、ステータ部材４２の径方向の内側に設けられている。
【００５７】
ステータ部材４２の磁性片４２ｂは、略長方形の板状に形成されている。磁性片４２ｂは、ステータ部材４２の周方向に間隔を開けて複数設けられている。複数の磁性片４２ｂの長手方向の一端部は、連結部４２ａに連続している。このため、複数の磁性片４２ｂは、連結部４２ａを介して接続している。
【００５８】
ステータ部材４２の周方向に複数設けられている磁性片４２ｂの間には、溝部４２ｃが形成される。溝部４２ｃは、磁性片４２ｂと同様に、ステータ部材４２の周方向に間隔を開けて複数設けられている。
【００５９】
なお、磁性片の他端部が連結部と連続するようにステータ部材を形成してもよい。これにより、連結部はステータ部材の径方向の外側に設けられる。
【００６０】
次に、本体部４１の製造工程について、説明する。
図７Ｂに示すように、上述したステータ部材４２をその周方向に少しずつ回転させて複数枚積層する。このとき、複数の磁性片４２ｂは、ステータ部材４２が回転した分だけずれて積層される。積層された複数の磁性片４２ｂによって磁性歯部５３が形成される。
【００６１】
そして、図７Ｃに示すように、溝部４２ｃには、固定部５０が介在される。固定部５０は、磁性歯部５３の間に複数設けられており、隣り合う磁性歯部５３を接続する。
【００６２】
その後、図７Ｄに示すように、連結部４２ａを取り除き、複数の磁性歯部５３と複数の固定部５０を残す。これにより、円筒状の本体部４１が完成する。
【００６３】
本例では、円板状のステータ部材４２をその周方向に回転させて、磁性片４２ｂを周方向にずらして積層して磁性歯部５３を形成した。他の例としては、円板状のステータ部材４２をその周方向に回転させず、磁性片４２ｂを積層させて磁性歯部を形成してもよい。
【００６４】
また、複数のステータ部材４２を積層した際に、ステータ部材４２間を、例えば、カシメ、接着剤等により固定させてよい。
【００６５】
従来の磁気歯車装置（上記非特許文献１を参照）では、ロースピードロータ（外歯車）とハイスピードロータ（内歯車）が反対方向に回転するため、ステータの磁性歯部の中で渦電流が発生する。渦電流が発生すると、レンツの法則によりロースピードロータ（外歯車）及びハイスピードロータ（内歯車）の回転に抗する電磁ブレーキが生じてトルク損失となる。
【００６６】
これに対し、本例では、磁性片４２ｂが積層されることで、磁性片４２ｂ間に微細な間隙が形成される。この間隙は、本体部４１の軸方向に流れる渦電流の抵抗となり、遮断することができる。その結果、磁気歯車装置１における渦電流によるトルク損失を少なくすることができる。
【００６７】
磁性歯部が一体に繋がった状態でステータ歯車を形成すると、磁性歯部全体に磁束が通ることになる。また、磁極の固有振動数を歯車の回転数の数倍にするためには、ステータ歯車７の磁性歯部５３に剛性が必要となる。そのため、ステータ歯車７の磁性歯部５３は、剛性があり、独立して形成されていることが好ましい。
【００６８】
本例のステータ歯車７では、本体部４１の製造時において、ステータ部材４２に複数の磁性片４２ｂが連結部４２ａに連続して形成されている。そして、固定部５０をステータ部材４２の溝部４２ｃに介在させた後、連結部４２ａを取り除いている。これにより、磁性歯部５３は、固定部５０を介して独立した状態となる。このとき、磁性歯部５３を通る磁束は、固定部５０により遮断され、隣り合う磁性歯部５３を通ることができなくなる。その結果、渦電流の発生を軽減することができ、トルク損失を軽減することができる。
【００６９】
そして、隣り合う磁性歯部５３の間に固定部５０を介在させた。これにより、複数の磁性歯部５３の剛性を増加させることができ、磁性歯部５３の変形を防止することができる。
【００７０】
さらに、本例では、ステータ部材４２を回転させて積層しているため、磁性歯部５３は、本体部４１の中心軸回りに回転するように捻れて配置される。これにより、磁気回路が本体部４１の周方向にずれて配置され、磁性歯部５３を通る磁束の急激な変化を抑制することができる。また、ステータ歯車７と、外歯車５の第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂ、第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂ及び内歯車６の内側磁石片３２Ａ，３２Ｂとの引力及び斥力を小さく抑えることができる。その結果、磁気歯車装置１のコギングトルクを小さくすることができる。
【００７１】
なお、本例のステータ部材４２の材料を電磁鋼板として説明したが、これに限定されない。ステータ部材４２の材料として、例えば圧粉磁心を用いてもよい。圧粉磁心は、鉄粉同士が絶縁されているため、電気抵抗が高い。圧粉磁心によりステータ部材４２を形成した場合、磁性歯部５３の電気抵抗が高くなるため渦電流が流れにくくなる。その結果、磁気歯車装置１における渦電流によるトルク損失を少なくすることができる。
【００７２】
そして、圧粉磁心は安価であるため、圧粉磁心によりステータ部材４２を形成すると材料コストを低減できる。また、圧粉磁心は成形しやすいため、容易にステータ部材４２を製造することができる。
【００７３】
ステータ歯車７の磁性歯部５３の強度を考慮すると、一端（基端）を固定支持して他端（先端）を自由にした片持ち形状にする必要がある。そのため、ステータ歯車７は、本体部４１の一端をベース部４７に固定することで、一体に形成されている。したがって、磁束は、ベース部４７にも漏れる構造となっている。
【００７４】
これに対して、本例の磁気歯車装置１では、ケース２、第１の回転軸３及び第２の回転軸４を非磁性材料によって形成した。これにより、内歯車６からステータ歯車７のベース部４７を通る磁気回路を遮断することができる。
【００７５】
また、ケース２を導電性材料で形成する場合は、ステータ歯車７のベース部４７とケース２との間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させて、ベース部４７からケース２へ流れる渦電流を遮断することが好ましい。
【００７６】
なお、内側磁石片の構成及び外側磁石片の構成は、上述した構成に限定されない。例えば、内側磁石片の構成を、第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂ及び第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂと同様の構成としてもよい。つまり、内側筒３１の径方向の外側（ステータ歯車７側）に向かってＶ字状に形成された磁束収束部を設ける構成としてもよい。
【００７７】
また、外側磁石片の構成を、外側筒２１の径方向に磁化された複数の磁石片を外側筒２１の周方向に隣り合い、磁極が異なるように構成してもよい。
【００７８】
さらに、外側筒２１又は内側筒３１の径方向に磁化された複数の第１の磁石片を外側筒２１又は内側筒３１の周方向に間隔を開けて磁極が異なるように交互に配置する。そして、外側筒２１又は内側筒３１の周方向に磁化された複数の第２の磁石片を同じ磁極が第１の磁石片を挟んで対向するように複数の第１の磁石片の間に介在させる。このような構成を内側磁石片の構成及び外側磁石片の構成に適用することもできる。その他各種の磁石片の配列を適用することができる。
【００７９】
２．磁気歯車装置の動作
次に、磁気歯車装置１の動作について、図８〜図１２を参照して説明する。
図８は外歯車５の第１の磁束収束部２５Ａ，２５Ｂがステータ歯車７の第１の磁性歯部５３Ａ，５３Ｂに対向した状態を示す説明図である。
【００８０】
図８に示すように、第１の磁性歯部５３Ａ，５３Ｂは、内歯車６の内側磁石片３２Ｂａ，３２Ｂｂに対向する側が磁化されてＮ極となり、その反対側（外歯車５側）がＳ極となっている。そして、第１の磁束収束部２５Ａ，２５Ｂは、第１の磁性歯部５３Ａ，５３ＢのＳ極に対向している。
【００８１】
この状態では、内側磁石片３２Ｂａと第１の磁性歯部５３Ａとの間及び、内側磁石片３２Ｂｂと第１の磁性歯部５３Ａとの間に生じる磁気引力は、径方向のみならず周方向にも釣り合っている。
【００８２】
図９は、外歯車５の第２の磁束収束部２５Ｃ，２５Ｄがステータ歯車７の第２の磁性歯部５３Ｃ，５３Ｄに対向した状態の説明図である。
【００８３】
図８に示す状態から第１の回転軸３によって内歯車６を矢印Ｒ１方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第２の磁性歯部５３Ｃと内側磁石片３２Ａｃとの間及び、第２の磁性歯部５３Ｄと内側磁石片３２Ａｄとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図９に示すように、第２の磁束収束部２５Ｃ，２５Ｄが第２の磁性歯部５３Ｃ，５３Ｄに対向する。
【００８４】
内側磁石片３２Ａｃ，３２Ａｄが、第２の磁性歯部５３Ｃ，５３Ｄに対向すると、第２の磁性歯部５３Ｃ，５３Ｄの内側磁石片３２Ａｃ，３２Ａｄに対向する側が磁化されてＳ極となり、その反対側（外歯車５側）がＮ極となる。その結果、外歯車５が矢印Ｒ２方向に回転し、図９に示すような釣り合い状態になる。
【００８５】
図１０は、外歯車５の第３の磁束収束部２５Ｅ，２５Ｆがステータ歯車７の第３の磁性歯部５３Ｅ，５３Ｆに対向した状態の説明図である。
【００８６】
図９に示す状態から第１の回転軸３によって内歯車６を矢印Ｒ１方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第３の磁性歯部５３Ｅと内側磁石片３２Ｂｅとの間及び、第３の磁性歯部５３Ｆと内側磁石片３２Ｂｆとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図１０に示すように、第３の磁束収束部２５Ｅ，２５Ｆが第３の磁性歯部５３Ｅ，５３Ｆに対向する。
【００８７】
内側磁石片３２Ｂｅ，３２Ｂｆが、第３の磁性歯部５３Ｅ，５３Ｆに対向すると、第３の磁性歯部５３Ｅ，５３Ｆの内側磁石片３２Ｂｅ，３２Ｂｆに対向する側が磁化されてＮ極となり、その反対側（外歯車５側）がＳ極となる。その結果、外歯車５が矢印Ｒ２方向に回転し、図１０に示すような釣り合い状態になる。
【００８８】
図１１は、外歯車５の第４の磁束収束部２５Ｇ，２５Ｈがステータ歯車７の第４の磁性歯部５３Ｇ，５３Ｈに対向した状態の説明図である。
【００８９】
図１０に示す状態から第１の回転軸３によって内歯車６を矢印Ｒ１方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第４の磁性歯部５３Ｇと内側磁石片３２Ａｇとの間及び、第４の磁性歯部５３Ｈと内側磁石片３２Ａｈとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図１１に示すように、第４の磁束収束部２５Ｇ，２５Ｈが第４の磁性歯部５３Ｇ，５３Ｈに対向する。
【００９０】
内側磁石片３２Ａｇ，３２Ａｈが、第４の磁性歯部５３Ｇ，５３Ｈに対向すると、第４の磁性歯部５３Ｇ，５３Ｈの内側磁石片３２Ａｇ，３２Ａｈに対向する側が磁化されてＳ極となり、その反対側（外歯車５側）がＮ極となる。その結果、外歯車５が矢印Ｒ２方向に回転し、図１１に示すような釣り合い状態になる。
【００９１】
図１２は、外歯車５の第５の磁束収束部２５Ｉ，２５Ｊがステータ歯車７の第５の磁性歯部５３Ｉ，５３Ｊに対向した状態の説明図である。
【００９２】
図１１に示す状態から第１の回転軸３によって内歯車６を矢印Ｒ１方向に回転させると、磁気引力の釣り合いが崩れ、第５の磁性歯部５３Ｉと内側磁石片３２Ｂｉとの間及び、第５の磁性歯部５３Ｊと内側磁石片３２Ｂｊとの間に周方向の引力が生じる。これにより、図１２に示すように、第５の磁束収束部２５Ｉ，２５Ｊが第５の磁性歯部５３Ｉ，５３Ｊに対向する。
【００９３】
内側磁石片３２Ｂｉ，３２Ｂｊが、第５の磁性歯部５３Ｉ，５３Ｊに対向すると、第５の磁性歯部５３Ｉ，５３Ｊの内側磁石片３２Ｂｉ，３２Ｂｊに対向する側が磁化されてＮ極となり、その反対側（外歯車５側）がＳ極となる。その結果、外歯車５が矢印Ｒ２方向に回転し、図１２に示すような釣り合い状態になる。
【００９４】
第１の回転軸３によって内歯車６を矢印Ｒ１方向に回転させると、外歯車５が矢印Ｒ２方向に回転し、図８に示す状態から図１２に示す状態に遷移する。そして、第５の磁性歯部５３Ｉ，５３Ｊは、矢印Ｒ１方向で第１の磁性歯部５３Ａ，５３Ｂに隣り合う。磁気引力の釣り合いを繰り返して行うことで、磁気歯車装置１の状態が遷移する。外歯車５は、内歯車６よりも小さく回転し、本例では、内歯車６の回転角の１／５程度回転する。
【００９５】
３．磁気歯車装置の磁束密度
次に、本例の磁気歯車装置１に用いられている磁石片の配列と磁束密度の分布について図１３を参照して説明する。
図１３Ａは内側磁石片３２Ａ，３２Ｂの配列と磁束密度の分布の関係を示す説明図であり、図１３Ｂは第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂ及び第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂの配列と磁束密度の分布を示す説明図である。
【００９６】
図１３Ａに示すように、内側磁石片３２Ａ，３２Ｂは、異なる磁極が内側筒３１の筒孔３１ａの周方向に隣り合うように配置されている。内側磁石片３２Ａ，３２Ｂが内側筒３１の径方向に磁化されているので、この配列の磁束密度の分布は略台形状に形成される。
【００９７】
本例では、外歯車５よりも磁極数が少ない内歯車６の磁極片を図１３Ａに示す配列とした。内歯車６には、内側磁石片３２Ａ，３２Ｂが内歯車６の周方向に交互に配置されているため、比較的大きい値の磁束密度を広範囲に渡って得ることができ、磁束密度の平均値が大きくなる。その結果、磁極数の少なくても大きな伝達トルクを得ることができる。
【００９８】
図１３Ｂに示すように、第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂ及び第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂの同じ磁極が外側筒２１の径方向及び周方向に隣り合うように配置されている。第１外側磁石片２２Ａ，２２Ｂ及び第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂの配列では、磁束がＶ字状に形成された磁束収束部２５に集中する。磁束密度の分布は、磁束が集まる磁束収束部２５の狭い範囲で突出する。
【００９９】
本例では、内歯車６よりも磁極数が多い外歯車５の磁極片を図１３Ｂに示す配列とした。外歯車５には、多数の磁束収束部２５が狭い間隔で設けられているため、ピークの大きな磁束密度を連続して得ることができる。そのため、磁束密度の平均値を大きくすることができ、大きな伝達トルクを得ることができる。
【０１００】
本例の磁気歯車装置１では、隣り合う第２外側磁石片２３Ａ，２３Ｂ間にＶ字状の溝部である磁束収束部２５Ａ〜２５Ｊを形成した（図８〜図１２参照）。これら磁束収束部２５Ａ〜２５Ｊには、磁束が集中する。そして、磁束収束部２５Ａ〜２５Ｊの磁束がステータ歯車７の幅の狭い磁性歯部５３Ａ〜５３Ｊを通るため、外歯車５と内歯車６との間に生じる磁気引力を増大させることができる。その結果、磁気歯車装置１は、大きな伝達トルクを得ることができ、かつ、伝達効率を向上させることができる。
【０１０１】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・磁気歯車装置、２・・・ケース、３・・・第１の回転軸、４・・・第２の回転軸、５・・外歯車、６・・・内歯車、７・・・ステータ歯車、１１・・・底板、１２・・・第１の支持板、１３・・・第２の支持板、１４・・・補強片、１６，１７，１８，１９・・・軸受、２１・・・外側筒、２１ａ・・・筒孔、２２Ａ，２２Ｂ・・・第１外側磁石片、２３Ａ，２３Ｂ・・・第２外側磁石片、２５・・・磁束収束部、２５Ａ，２５Ｂ・・・第１の磁束収束部、２５Ｃ，２５Ｄ・・・第２の磁束収束部、２５Ｅ，２５Ｆ・・・第３の磁束収束部、２５Ｇ，２５Ｈ・・・第４の磁束収束部、２５Ｉ，２５Ｊ・・・第５の磁束収束部、３１・・・内側筒、３１ａ・・・筒孔、３２Ａ，３２Ｂ・・・内側磁石片、４１・・・本体部、４２・・・ステータ部材、４２ａ・・・連結部、４２ｂ・・・磁性片、４２ｃ・・・溝部、４７・・・ベース部、４７ａ・・・貫通孔、４７ｂ・・・凹部、５０・・・固定部、５３・・・磁性歯部、５３Ａ，５３Ｂ・・・第１の磁性歯部、５３Ｃ，５３Ｄ・・・第２の磁性歯部、５３Ｅ，５３Ｆ・・・第３の磁性歯部、５３Ｇ，５３Ｈ・・・第４の磁性歯部、５３Ｉ，５３Ｊ・・・第５の磁性歯部
【図１】
0005389122.tif 000002
【図２】
0005389122.tif 000003
【図３】
0005389122.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005389122.tif 000007
【図７】
0005389122.tif 000008
【図８】
0005389122.tif 000009
【図９】
0005389122.tif 000010
【図１０】
0005389122.tif 000011
【図１１】
0005389122.tif 000012
【図１２】
0005389122.tif 000013
【図１３】
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