(57)【要約】【課題】モーター又は発電機との一体化に適合した磁気変速機組立体を提供する。【解決手段】本磁気変速機組立体は回転子と固定子と磁気伝導要素とを備える。該回転子と該固定子は同軸で一方が他方をスリーブ状に覆い、それぞれＲ個の極対とＳＴ１個の極対を有する。該磁気伝導要素は該回転子と該固定子の間に配置され複数の透磁性領域を有する。該磁気伝導要素が駆動された時、該磁気伝導要素は選択的にＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域が該回転子及び該固定子に対応するのを可能にする。該回転子及び該固定子に対応する該透磁性領域は、該Ｒ個の極対とＳＴ１個の極対の磁界と相互作用して所定の可変速度比を生成する。この磁気変速機組立体はモーターに組み込むことが出来、駆動動力密度を向上させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極を有する回転子と、
複数の極を有し該回転子と同軸で該回転子をスリーブ状に覆う固定子と、
該回転子と該固定子の間に配置され複数の透磁性領域を有する磁気伝導要素と
を備え、
該回転子の該複数の極はＲ個の極対を有し、該固定子の該複数の極はＳＴ１個の極対を有し、
該磁気伝導要素が駆動された時、該磁気伝導要素は選択的にＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域が該回転子及び該固定子に対応するのを可能にし、Ｒ−３≦ＰＮ１＋ＳＴ１≦Ｒ＋３またはＳＴ１−３≦ＰＮ１＋Ｒ≦ＳＴ１＋３を満たす、磁気変速機組立体。
【請求項２】
ＰＮ２−３≦Ｒ＋ＳＴ１≦ＰＮ２＋３、又はＲ−３≦ＰＮ２＋ＳＴ１≦Ｒ＋３、又はＳＴ１−３≦ＰＮ２＋Ｒ≦ＳＴ１＋３を満たす請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項３】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングと該第２リングは軸方向に接続され、該第１リングはＰＮ１個の透磁性ブロックを有し、該第２リングはＰＮ２個の透磁性ブロックを有し、該磁気伝導要素が軸方向に駆動された時、該磁気伝導要素は選択的に該第１リング又は該第２リングが前記回転子と前記固定子の間の位置に移動するのを可能にする請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項４】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングは該第２リングの半径方向外側に配置され、該第１リングと該第２リングは前記固定子と前記回転子の間に配置され、該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングは第１位置と第２位置の間を相対的に移動し、該第１リングと該第２リングが該第１位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ１個の透磁性領域を有し、該第１リングと該第２リングが該第２位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ２個の透磁性領域を有する請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項５】
前記第１リングは複数の第１透磁性ブロックを有し、前記第２リングは複数の第２透磁性ブロックを有し、該第１リングと該第２リングが前記第１位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックとのうち各隣接する２つは、前記ＰＮ１個の透磁性領域の１つを形成し、該第１リングと該第２リングが前記第２位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックはそれぞれ、前記ＰＮ２個の透磁性領域の１つを形成する請求項４に記載の磁気変速機組立体。
【請求項６】
前記固定子は複数の誘導コイルを備え、該各誘導コイルは通電されると極を形成する請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項７】
前記固定子は極数変調回路を更に備え、該極数変調回路は前記複数の誘導コイルを選択的にＳＴ１個の極対とＳＴ２個の極対に切り替える請求項６に記載の磁気変速機組立体。
【請求項８】
前記固定子は環状に配置された複数のバンプを更に備え、前記複数の誘導コイルは該バンプの周りに巻かれ、該複数の誘導コイルが前記ＳＴ１個の極対に切り替わると、隣接する誘導コイルは互いに反対の極性を有し、該複数の誘導コイルが前記ＳＴ２個の極対に切り替わると、該複数の誘導コイルは複数のコイル群にグループ分けされ、隣接するコイル群は互いに反対の極性を有する請求項７に記載の磁気変速機組立体。
【請求項９】
ＰＮ２−３≦Ｒ＋ＳＴ２≦ＰＮ２＋３を満たす請求項８に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１０】
前記各コイル群は３つの順に隣接する誘導コイルからなる請求項８に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１１】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングと該第２リングは軸方向に接続され、該第１リングはＰＮ１個の透磁性ブロックを有し、該第２リングはＰＮ２個の透磁性ブロックを有し、該磁気伝導要素が軸方向に駆動された時、該磁気伝導要素は選択的に該第１リング又は該第２リングが前記回転子と前記固定子の間の位置に移動するのを可能にする請求項８に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１２】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングと該第２リングは半径方向に接触し前記固定子と前記回転子の間に挟まれ、該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングは第１位置と第２位置の間を相対的に移動し、該第１リングと該第２リングが該第１位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ１個の透磁性領域を有し、該第１リングと該第２リングが該第２位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ２個の透磁性領域を有する請求項８に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１３】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングは環状に配置された複数の第１透磁性ブロックを有し、該第２リングは環状に配置された複数の第２透磁性ブロックを有し、該第１透磁性ブロックと該第２透磁性ブロックは交互に円周方向に配列され、前記固定子と前記回転子の間に挟まれ、該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングは第１位置と第２位置の間を相対的に移動し、該第１リングと該第２リングが該第１位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックとのうち各隣接する２つは、前記ＰＮ１個の透磁性領域の１つを形成し、該第１リングと該第２リングが該第２位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックはそれぞれ、前記ＰＮ２個の透磁性領域の１つを形成する請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１４】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングと第３リングとを備え、該第１リングは環状に配置された複数の第１透磁性ブロックを有し、該第２リングは環状に配置された複数の第２透磁性ブロックを有し、該第３リングは環状に配置された複数の第３透磁性ブロックを有し、該第１透磁性ブロックと該第２透磁性ブロックと該第３透磁性ブロックは交互に円周方向に配列され、前記固定子と前記回転子の間に挟まれ、該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングと該第３リングは第１位置と第２位置と第３位置の間を相対的に移動し、該第１リングと該第２リングと該第３リングが該第１位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックと該複数の第３透磁性ブロックとのうち各隣接する３つは、前記ＰＮ１個の透磁性領域の１つを形成し、該第１リングと該第２リングと該第３リングが該第２位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックと該複数の第３透磁性ブロックはそれぞれ、前記ＰＮ２個の透磁性領域の１つを形成し、該第１リングと該第２リングと該第３リングが該第３位置に位置する時、該複数の第２透磁性ブロックと該複数の第３透磁性ブロックとのうち各隣接する２つは、ＰＮ３個の透磁性領域の１つを形成し、該複数の第１透磁性ブロックはそれぞれ、該ＰＮ３個の透磁性領域の１つを形成し、ＰＮ３−３≦Ｒ＋ＳＴ１≦ＰＮ３＋３、又はＲ−３≦ＰＮ３＋ＳＴ１≦Ｒ＋３、又はＳＴ１−３≦ＰＮ３＋Ｒ≦ＳＴ１＋３を満たす請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１５】
前記磁気伝導要素の材料は軟磁性複合材料（ＳＭＣ）である請求項１に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１６】
複数の極を有する回転子と、
複数の極を有し該回転子と同軸で該回転子をスリーブ状に覆う固定子と、
該回転子と該固定子の間に配置され複数の透磁性領域を有する磁気伝導要素と
を備え、
該回転子の該複数の極はＲ個の極対を有し、該固定子の該複数の極はＳＴ１個の極対とＳＴ１’個の高次パーミアンス高調波の極対とを有し、
該磁気伝導要素が駆動された時、該磁気伝導要素は選択的にＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域が該回転子及び該固定子に対応するのを可能にし、ＰＮ１−３≦Ｒ＋ＳＴ１’≦ＰＮ１＋３、又はＲ−３≦ＰＮ１＋ＳＴ１’≦Ｒ＋３、又はＳＴ１’−３≦ＰＮ１＋Ｒ≦ＳＴ１’＋３を満たす、磁気変速機組立体。
【請求項１７】
ＰＮ２−３≦Ｒ＋ＳＴ１’≦ＰＮ２＋３、又はＲ−３≦ＰＮ２＋ＳＴ１’≦Ｒ＋３、又はＳＴ１’−３≦ＰＮ２＋Ｒ≦ＳＴ１’＋３を満たす請求項１６に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１８】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングと該第２リングは軸方向に接続され、該第１リングはＰＮ１個の透磁性ブロックを有し、該第２リングはＰＮ２個の透磁性ブロックを有し、該磁気伝導要素が軸方向に駆動された時、該磁気伝導要素は選択的に該第１リング又は該第２リングが前記回転子と前記固定子の間の位置に移動するのを可能にする請求項１６に記載の磁気変速機組立体。
【請求項１９】
前記磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備え、該第１リングは該第２リングの半径方向外側に配置され、該第１リングと該第２リングは前記固定子と前記回転子の間に配置され、該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングは第１位置と第２位置の間を相対的に移動し、該第１リングと該第２リングが該第１位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ１個の透磁性領域を有し、該第１リングと該第２リングが該第２位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ２個の透磁性領域を有する請求項１６に記載の磁気変速機組立体。
【請求項２０】
前記第１リングは複数の第１透磁性ブロックを有し、前記第２リングは複数の第２透磁性ブロックを有し、該第１リングと該第２リングが前記第１位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックとのうち各隣接する２つは、前記ＰＮ１個の透磁性領域の１つを形成し、該第１リングと該第２リングが前記第２位置に位置する時、該複数の第１透磁性ブロックと該複数の第２透磁性ブロックはそれぞれ、前記ＰＮ２個の透磁性領域の１つを形成する請求項１９に記載の磁気変速機組立体。
【請求項２１】
複数の極を有する回転子と、
複数の極を有し該回転子と同軸で該回転子をスリーブ状に覆う固定子と、
該回転子と該固定子の間に配置されＰＮ１個の透磁性ブロックを有する磁気伝導要素と
を備え、
該回転子の該複数の極はＲ個の極対を有し、該固定子の該複数の極はＳＴ１個の極対を有し、
該透磁性ブロックは該回転子及び該固定子に対応し、Ｒ２個の固定子側極対を形成し、Ｒ２＝｜Ｒ−ＰＮ１｜またはＲ２＝Ｒ＋ＰＮ１が成立し、Ｒ２とＳＴ１は分相巻きチャートを満たす、分相モーター。
【請求項２２】
複数の極を有する回転子と、
複数の極を有し該回転子と同軸で該回転子をスリーブ状に覆う固定子と、
該回転子と該固定子の間に配置されＰＮ１個の透磁性領域を有する磁気伝導要素と
を備え、
該回転子の該複数の極はＲ個の極対を有し、該固定子の該複数の極はＳＴ１個の極対を有し、
該ＰＮ１個の透磁性領域は該回転子及び該固定子に対応し、Ｒ−３≦ＰＮ１＋ＳＴ１≦Ｒ＋３、又はＳＴ１−３≦ＰＮ１＋Ｒ≦ＳＴ１＋３を満たす、磁気変速機組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機組立体、特に、磁気変速機組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速装置は動力伝達及び伝動に使用できるだけでなく、動力源の回転を加速又は減速する機能も有している。従来の自動車エンジンに適用される変速装置には機械式変速機と液圧式変速機とがある。磁気変速装置は電気自動車又はハイブリッド自動車に適用される。
【０００３】
可変速モーター技術に関しては、特許文献１を参照すると、モーターからの動力出力は機械式変速機組立体を介して伝達され、トルク変換及び伝動が実現されると記載されている。
【０００４】
また、特許文献２及び特許文献３は、誘導電動機の固定子の極数を変えることで可変速伝動を実現する方法を開示する。
【０００５】
磁気変速装置に関する技術については、非特許文献１を参照されたい。
【０００６】
機械式変速装置は高いノイズレベルと重い重量という欠点を有している。通常の磁気変速装置は低減された震動とノイズレベルを有しているが、これも重量は低減できない。また、電気自動車に適用された場合、電気モーターは様々な出力トルクと走行速度との要件を満たす必要があるだけでなく、高性能動作の要件を満たす必要がある。従って、モーターは変速装置と通常組み合される。このような組合せでは、モーターと変速装置との全重量が重いので、モーターと変速装置との全体駆動動力密度を向上させるのはかなり困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３９８０９３７号明細書
【特許文献２】米国特許第５８２５１１１号明細書
【特許文献３】米国特許第７５９８６４８号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】K. Atallah and D. Howe, "A Novel High-Performance Magnetic Gear", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, No. 4, July, 2001
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題に鑑みて、磁気変速機組立体を開示する。この磁気変速機組立体はモーター（例えば、電気モーター）又は発電機に容易に組み込まれて軽量設計を実現できる。一体になったモーターは駆動動力密度を向上させる。
【００１０】
１つの実施形態によれば、磁気変速機組立体は回転子と固定子と磁気伝導要素（透磁性要素とも称す）とを備える。該回転子は該固定子と同軸で該固定子によりスリーブ状に覆われる。該回転子は複数の極とＲ個の極対を有する。該固定子は複数の極とＳＴ１個の極対を有する。該磁気伝導要素は該回転子と該固定子の間に配置され、複数の透磁性領域を有する。該磁気伝導要素が駆動された時、該磁気伝導要素は選択的にＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域を該回転子及び該固定子に対応させ、ＰＮ１−３≦Ｒ＋ＳＴ１≦ＰＮ１＋３またはＰＮ２−３≦Ｒ＋ＳＴ１≦ＰＮ２＋３を満たす。
【００１１】
前記磁気伝導要素の１つの実施形態によれば、磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備える。該第１リングと該第２リングは軸方向に接続される。該第１リングはＰＮ１個の透磁性ブロックを有する。該第２リングはＰＮ２個の透磁性ブロックを有する。該磁気伝導要素が軸方向に駆動された時、該磁気伝導要素は選択的に該第１リング又は該第２リングが前記回転子と前記固定子の間の位置に移動するのを可能にする。
【００１２】
前記磁気伝導要素の第２の実施形態によれば、磁気伝導要素は第１リングと第２リングとを備える。該第１リングは該第２リングの半径方向外側に配置され、該第１リングと該第２リングは前記固定子と前記回転子の間に配置される。該磁気伝導要素が駆動された時、該第１リングと該第２リングは第１位置と第２位置の間を相対的に移動する。該第１リングと該第２リングが該第１位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ１個の透磁性領域を有する。該第１リングと該第２リングが該第２位置に位置する時、該磁気伝導要素はＰＮ２個の透磁性領域を有する。
【００１３】
別の実施形態によれば、前記固定子は複数の誘導コイルと極数変調回路とを備える。該各誘導コイルは通電されると極を形成し、該極数変調回路は前記複数の誘導コイルを選択的にＳＴ１個の極対とＳＴ２個の極対に切り替える。ここで、ＰＮ２−３≦Ｒ＋ＳＴ２≦ＰＮ２＋３を満たす。
【００１４】
更に別の実施形態によれば、磁気変速機組立体は回転子と固定子と磁気伝導要素とを備える。該固定子は複数の極を有し、該複数の極はＲ個の極対を有する。該固定子は該回転子と同軸で該回転子をスリーブ状に覆い、複数の極を有する。該固定子の該複数の極はＳＴ１個の極対を有する。該磁気伝導要素は該回転子と該固定子の間に配置され、ＰＮ１個の透磁性領域を有する。該ＰＮ１個の透磁性領域は該回転子及び該固定子に対応する。ＰＮ１−３≦Ｒ＋ＳＴ１≦ＰＮ１＋３を満たす。
【００１５】
上記のように、該磁気伝導要素は該固定子と該回転子の間に配置され、該透磁性領域の数を選択的に変える（従って、磁気ギャップの数も変える）ことが出来る。従って、この磁気変速機組立体は、固定子と回転子の間で様々な可変速度比（固定子の回転速度と回転子の回転速度との比）を生成することが出来る。また、別の実施形態では、固定子が可変極対を有するように設計して、透磁性要素と回転子を組み合わせることでも、様々な可変速度比を実現できる。透磁性要素、固定子、回転子はそれぞれ中空環状形であるので、磁気変速機組立体全体は体積と重量が小さく、容易に電気モーターに組み込むことが出来る。その結果、一体になったモーターの駆動動力密度（Ｗ／Ｋｇ又はＷ／ｍ3）は増加する。
【００１６】
本発明のこれら及び他の態様は、添付の図面と好適な実施形態の下記の説明から明らかになるであろう。しかし、それらの変形と変更を本発明の新規の着想の思想と範囲を逸脱することなく行える可能性がある。
本発明は、下記の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。下記の説明は例示だけのためであり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る磁気変速機組立体の第１実施形態の３次元概略構造図である。
【図２】本発明に係る磁気変速機組立体の第１実施形態の３次元概略展開図である。
【図３】本発明に係る磁気変速機組立体の第１実施形態の固定子の極対を例示する概略図である。
【図４Ａ】本発明に係る磁気変速機組立体の第１実施形態の磁気伝導要素の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの磁気伝導要素の第１実施形態の部分拡大断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａの磁気伝導要素の第１実施形態の別の部分拡大断面図である。
【図５Ａ】本発明に係る磁気変速機組立体の固定子の別の実施形態の概略巻線図である。
【図５Ｂ】図５Ａの固定子の実施形態の動作を例示する概略図である。
【図６】図５Ａと図５Ｂの間の極対の切替えを例示する概略図である。
【図７Ａ】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第２実施形態の概略図である。
【図７Ｂ】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第２実施形態の概略図である。
【図７Ｃ】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第２実施形態の概略図である。
【図８】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第３実施形態の概略図である。
【図９】本発明に係る磁気変速機組立体の第２実施形態の３次元概略展開図である。
【図１０Ａ】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第４実施形態の概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｂの概略状態図である。
【図１１Ａ】本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第４実施形態の概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｂの概略状態図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｂの別の概略状態図である。
【図１２】本発明を適用した分相モーターの概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１と図２は本発明の１つの実施形態に係る３次元概略構造図と３次元展開図である。図から分かるように、磁気変速機組立体は、回転子２０、固定子３０、及び磁気伝導要素４０（磁気変速機要素とも称す）を備える。この磁気変速機組立体はモーター（例えば、電気モーター）又は発電機との一体化に適している。例えば、磁気変速機組立体を電気自動車の電気モーターと一体化し、モーター駆動部が電気を磁気変速機組立体に出力すると、磁気変速機組立体は回転動力を回転子において生成し、同時に該モーター駆動部は磁気変速機組立体の可変速度比を適切に制御して、該磁気変速機組立体が様々な大きさの動力（動力＝出力トルク×回転速度）を出力できる。磁気変速機組立体はモーターと変速装置の両方の機能を有するので、全体積及び重量が小さく、高い駆動動力密度を得ることが出来る。ここで、駆動動力密度は、これらに限定されないが出力動力／体積または出力動力／重量（即ち、出力トルク×回転速度／体積または出力トルク×回転速度／重量）であってよい。また、磁気変速機組立体がモーターに適用された場合、回転子２０は回転動力を受け取り、その結果、固定子３０のコイル（後述する）は、磁界を切ることで生成された電力を出力することが出来る。この電力は整流・電圧調整回路に送られ出力される。磁気変速機組立体は可変速度比を生成するよう制御されるので、入力回転動力が大きく変化するか、又はシステム変換効率を向上させようとする時、制御器を使用して磁気変速機組立体の可変速度比を調整してよい。
【００１９】
図１及び図２を参照すると、固定子３０は固定磁石又は誘導磁石（又は電磁石と称す）であってよい。本実施形態では、誘導磁石を例にとる。複数のバンプ３２ａ、３２ｂが固定子３０の内側に環状に配置されている。誘導コイル（後述する）はバンプ３２ａ、３２ｂの周りに巻かれ、通電されると極を形成する。図に示した実施形態では、固定子３０は４８個のバンプ３２ａ、３２ｂを有し、各バンプ３２ａ、３２ｂは通電されると１つの極対を形成する。本実施形態では、１２個の極対をそれぞれ有する４相が存在する。図３は本発明の１つの実施形態に係る固定子３０の極対を例示する概略図である。図から分かるように、隣接する極は互いに反対の極性（磁北極Ｎと磁南極Ｓ）を有する。反対の極性を有する２つの隣接する極は極対を形成する（図に示すように、例えばＳ１とＮ１は１つの極対を形成する）。図から分かるように、合計１２個の極対が存在するが、単に実施例であり、本発明はこれに限定されない。極対の数をＳＴ１で表す。
【００２０】
回転子２０は固定磁石又は誘導磁石であってよい。本実施形態では、固定磁石を例にとって回転子２０を説明する。回転子２０は複数の極とＲ個の極対とを有する。本実施形態では、回転子２０は、例えば２０個の極対を有する。固定子３０と回転子２０は同軸（スリーブ状で同軸）上に配置され、本実施形態では、回転子２０は固定子３０の半径方向内側に配置されているが、本発明はこれに限定されない。本発明の目的は固定子３０を回転子２０の半径方向内側に配置しても達成される。また、回転子２０の極の方向（磁力線）は固定子３０の極の方向（磁力線）と同じである。
【００２１】
透磁性要素４０は積層鋼であってよく、その材料は軟磁性複合材料（ＳＭＣ）であり、渦電流と鉄損が低減される。
【００２２】
図１及び図２を参照すると、磁気伝導要素４０は第１リング４２（第１スリーブとも称す）と第２リング４４（第２スリーブとも称す）とを備える。第１リング４２は第２リング４４の半径方向外側に配置され、第１リング４２と第２リング４４は固定子３０と回転子２０との間に配置されている。第１リング４２と第２リング４４は互いに接触しているか、又は間隔で分離されている（後者を図に示す）。第１リング４２は複数の透磁性ブロック４２０、４２２（磁気伝導ブロックとも称す）を有する。第２リング４４も複数の透磁性ブロック４４０、４４２を有する。第１リング４２が第２リング４４の半径方向外側に位置する時、透磁性ブロック４２０、４２２、４４０、４４２は複数の透磁性領域（後述する）を形成する。第１リング４２及び／又は第２リング４４が駆動されると、第１リング４２と第２リング４４は第１位置と第２位置との間を相対的に移動（相対的に回転）する。この時、透磁性領域の数がこれに応じて変化する。これについて下記に説明する。
【００２３】
図４Ａは図２の第１リング４２が第２リング４４の半径方向外側にスリーブ状に配置された場合の本発明に係る磁気伝導要素の第１実施形態の軸方向に垂直な平面に沿った断面図である。第１リング４２と第２リング４４の相対的回転の説明を容易にするために、図４Ａの円弧セグメント４２９、４４９が図４Ｂに拡大されている。円弧セグメント４２９、４４９は角度４５°に対する。第１リング４２と第２リング４４は合計８個の円弧セグメント４２９、４４９を有する。図４Ｂは第１リング４２と第２リング４４が該第１位置に位置する時の部分拡大断面図である。図４Ｃは第１リング４２と第２リング４４が該第２位置に位置する時の部分拡大断面図である。
【００２４】
図４Ｂから分かるように、第１リング４２の透磁性ブロック４２０と、第２リング４４の透磁性ブロック４４０は接続状態（又はオーバーラップ）にあり、透磁性領域４６ａを形成する。同様に、第１リング４２の透磁性ブロック４２２と、第２リング４４の透磁性ブロック４４２は接続状態にあり、透磁性領域４６ｂを形成する。３つの磁気ギャップ４８ａ、４８ｂ、４８ｃが透磁性領域４６ａと４６ｂの間に形成されている。第１リング４２と第２リング４４は８個の等円弧セグメント４２９、４４９を有するので、第１リング４２と第２リング４４は合計２４個の磁気ギャップ４８ａ、４８ｂ、４８ｃを有する（３×８＝２４、即ち、２４個の透磁性領域４６ａ、４６ｂを有する）。
【００２５】
図４Ｃを参照すると、第１リング４２と第２リング４４が第２位置に位置する時の部分拡大断面図が示されている。第１リング４２の透磁性ブロック４２０と、第２リング４４の透磁性ブロック４４０は接続状態にあり、透磁性領域４６ａを形成する。同様に、第１リング４２の透磁性ブロック４２２と、第２リング４４の透磁性ブロック４４２は接続状態にあり、透磁性領域４６ｂを形成する。図から分かるように、円弧セグメント４２９、４４９は４つの磁気ギャップ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを有し、また、４つの透磁性領域４６ａ、４６ｂを有する。従って、第１リング４２と第２リング４４は合計３２（４×８＝３２）個の磁気ギャップ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを有する。
【００２６】
透磁性ブロック４２０と４４０の間の接続状態は、接触状態ではなく両者間の距離が近いことを指す。距離が近いことは、透磁性ブロック４２０と４４０は接触せず、半径方向において互いにオーバーラップしているか、又は透磁性ブロック４２０と４４０は接触せず、半径方向又は円周方向において間隔で分離されていることを意味する。言い換えると、透磁性ブロック４２０、４４０が接触していない場合、透磁性ブロック４２０と４４０の間に２つの距離が存在する。１つは半径方向距離であり、もう１つは円周方向距離である。半径方向距離に関しては、半径方向距離が５ｍｍ未満であれば、単一の透磁性領域４６ａが形成されうることが実験により分かっている。明らかに、この距離は固定子３０の磁力線の強度にも関係する。磁力線の強度が大きいほど、距離は大きくなる。即ち、半径方向距離はモーターのサイズ及び磁力線の強度に応じて変わりうる。
【００２７】
円周方向距離（円弧長さ）は透磁性ブロック４２０、４４０の境界間の円の中心（固定子の中心）での角度、例えば、図４Ｂに示すように透磁性ブロック４２０の左側縁と透磁性ブロック４４０の右側縁の間の角度で表される。角度又は円弧長さを更に定義するために、透磁性ブロック４２０の左側縁と透磁性ブロック４４０の右側縁の間の距離により形成された間隔を空気スロットと定義する。磁気変速機組立体が動作する時、各磁気ギャップ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ（図４Ｂ）は極（以下、空気ギャップ極と称す）を生成し、透磁性ブロック４２０、４４０が空気スロットを有する時、該空気スロットも極（以下、空気スロット極と称す）を有する。この場合、透磁性ブロック４２０、４４０が透磁性領域４６ａを形成するのを可能にするために、空気スロット極の磁気強度は空気ギャップ極の磁気強度の２０％より小さいのが好ましい。そして、空気スロット極の磁気強度から導かれる円弧長さ又は角度が好適な円周方向距離である。
【００２８】
透磁性ブロック４２０、４２２、４４０、４４２の材料は任意の透磁性材料、例えば鉄系材料又は軟鉄であってよい。第１リング４２と第２リング４４の相対的回転は機械的又は電磁的方法で駆動されてよい。この駆動方法では、第１リング４２と第２リング４４の相対位置が第１位置と第２位置の間を移動できる限り、第１リング４２又は第２リング４４を単独に駆動しても、或いは第１リング４２と第２リング４４を同時に駆動してもよい。
【００２９】
図４Ｂ及び図４Ｃの例示から分かるように、磁気伝導要素４０が駆動されると、第１リング４２と第２リング４４は第１位置（図４Ｂの位置）と第２位置（図４Ｃの位置）の間を相対移動し、第１リング４２と第２リング４４が該第１位置に位置する時、磁気伝導要素４０は２４（以下、ＰＮ１）個の透磁性領域４６ａ、４６ｂを有し、第１リング４２と第２リング４４が該第２位置に位置する時、磁気伝導要素４０は３２（以下、ＰＮ２）個の透磁性領域４６ａ、４６ｂを有する。
【００３０】
磁気伝導要素４０の第１リング４２と第２リング４４を相対移動可能に設計することで、磁気伝導要素４０は選択的にＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域４６ａ、４６ｂが回転子２０及び固定子３０に対応するのを可能にすることが出来る。ＰＮ１又はＰＮ２個の透磁性領域４６ａ、４６ｂを回転子２０の磁界及び固定子３０の磁界と組み合わせることで、加速又は減速（変速機）効果を生成できる。加速比又は減速比は下記の式（１）によって与えられる。
【００３１】
【数１】
2011182638.tif 000003
【００３２】
この式において、Ｇは可変速度比（即ち、加速又は減速比）、ｍ及びｋは高調波の階数であり、ｐは回転子２０の極対の数であり、ｎは透磁性領域４６ａ、４６ｂの数（鋼片の数）である。基本波の場合、ｍ＝−ｋ＝１であり、本実施形態では、回転子２０の極対の数は２０である。第１リング４２と第２リング４４が第１位置に位置する場合を例にとると、透磁性領域の数は２４である。この数を上記の式に代入することで、Ｇ＝（１×２０）／（１×２４−１×２０）＝５が得られる。即ち、固定子の回転速度と回転子の回転速度との比は５：１である。第１リング４２と第２リング４４が第２位置に位置する場合を例にとると、透磁性領域の数は３２である。この数を上記の式に代入することで、Ｇ＝（１×２０）／（１×３２−１×２０）＝１．６が得られる。即ち、固定子の回転速度と回転子の回転速度との比は１．６：１である。
【００３３】
上記から分かるように、磁気伝導要素４０、固定子３０、及び回転子２０の適切な構成と設計により、磁気変速機組立体が変速機効果を有するのを可能にすることが出来る。
【００３４】
また、可変速度比の安定性を更に改善するために、固定子３０の極対の数ＳＴ１、回転子２０の極対の数Ｒ、及び磁気伝導要素４０の透磁性領域４６ａ、４６ｂの数ＰＮ１及びＰＮ２を下記の関係に維持した場合、安定な可変速度比と駆動力が得られる。
PN1-3 ≦ R+ST1 ≦ PN1+3  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２）
PN2-3 ≦ R+ST1 ≦ PN2+3  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（３）
【００３５】
この実施形態を例にとると、磁気伝導要素４０が該第２位置に位置する時、式（３）、PN2-3 ≦ R+ST1 ≦ PN2+3を満たし、磁気伝導要素４０が該第１位置に位置する時、式（２）、PN1-3 ≦ R+ST1 ≦ PN1+3を満たさないが、変速機要件は満たされうる。本実施形態では、式（２）と（３）を同時に満たしたい場合、磁気伝導要素４０の透磁性ブロック４２０、４２２、４４０、４４２の設計を式（２）を満たすよう変更してもよい。例えば、ＳＴ１が１２で、ＰＮ１とＰＮ２がそれぞれ３５と２９である場合、上記の式（２）と（３）を同時に満たすことが出来る。
【００３６】
本実施形態では、磁気伝導要素４０の設計を変更せずに式（２）と（３）を同時に満たしたい（しかし、後述するように式（３）は若干変更が必要である）場合、図５Ａ及び図５Ｂの固定子３０の実施形態を使用できる。図５Ａは本発明に係る磁気変速機組立体の固定子３０の別の実施形態の概略巻線図であり、図５Ｂは図５Ａの固定子３０の実施形態の動作を例示する概略図である。
【００３７】
図から分かるように、固定子３０の別の実施形態は複数の誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと極数変調回路３６とを備える。誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄはバンプ３２ａ、３２ｂの周りに巻かれている。図５Ａ及び図５Ｂは３つの極対（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄだけを示しているが、固定子３０だけがコイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを備えることは意図されていない。極数変調回路３６は２つのスイッチ３６０、３６２を備える。スイッチ３６０、３６２が図５Ａに示す状態にあり電源に接続されている場合、誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄにより形成される極は図３に示す極性を示す。即ち、固定子３０は合計１２個の極対を有する。スイッチ３６０、３６２が図５Ｂに示す状態にあり電源に接続されている場合、元はＮ１、Ｓ３を形成していた誘導コイル３４ｃ、３４ｄは、逆に接続された電源によって反対の極を形成する（即ち、Ｎ１は磁南極に変わり、Ｓ３は磁北極に変わる）。図６は図５Ａと図５Ｂの間の極対の切替えを例示する概略図である。
【００３８】
図から分かるように、破線ブロックは、スイッチ３６０、３６２が図５Ｂに示す状態にある時に形成される極の極性の概略図を表す。図において、Ｎ１、Ｎ４、Ｎ７、Ｎ１０は図５Ａにおける磁北極であり、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２は図５Ａにおける磁南極である。この時、固定子３０は合計１２（以下、ＳＴ１）個の極対（即ち、Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ３・・・Ｎ１２、Ｓ１２）を有する。しかし、図５Ｂにおいて、スイッチ３６０、３６２と回路との巧みな設計によって、Ｎ１、Ｎ４、Ｎ７、Ｎ１０は通電後、磁南極に変わり、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２は磁北極に変わり、その他の極は変化しない。従って、固定子３０は合計４（以下、ＳＴ２）個の極対（破線ブロックＮ１’、Ｓ１’、Ｎ２’、Ｓ２’、Ｎ３’、Ｓ３’、Ｎ４’、Ｓ４’で示す）を有する。言い換えると、誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄがＳＴ１個の極対に切り替わると、隣接する誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは互いに反対の磁気極性を有し、誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄがＳＴ２個の極対に切り替わると、誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは複数のコイル群３５ａ、３５ｂにグループ分けされ、隣接するコイル群３５ａ、３５ｂは互いに反対の極性を有する。本実施形態では、各コイル群３５ａ、３５ｂは３つの順次隣接する誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを含む。ここで、用語「順次隣接する」は「接続された」を意味し、図５Ｂにおいて、例えばＳ１、Ｎ１、Ｓ２は順次隣接する誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄに属する。
【００３９】
上記に基づくと、固定子３０は極数変調回路３６により誘導コイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを１２（ＳＴ１）極対と４（ＳＴ２）極対に選択的に切り替えることが出来る。図５Ａの固定子３０の実施形態を磁気伝導要素４０の透磁性領域の数の切替えと一体化した後、可変速度比（固定子の回転速度と回転子の回転速度との比）を下記の表に示すように得ることが出来、上記の式（２）と下記の式（４）を満たすことが出来る。
PN2-3 ≦ R+ST2 ≦ PN2+3  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（４）
【００４０】
【表１】
2011182638.tif 000004
【００４１】
極数変調回路３６は例として図５Ａの実施形態をとるが、本発明はこれに限定されない。適切な回路及びスイッチ設計により、固定子３０の極対の数を異なる比で増加又は減少させてもよい。また、固定子３０はより複雑で多様な設計、例えば巻きチャートを使用して極対のより多様な要件を満たすよう巻かれてもよい。巻き態様はこれらに限定されないがＬｕｃａｓ，  Ｒｅｔｚｂａｃｈ  ａｎｄ  Ｋｕｈｆｕｓｓ  （ＬＲＫ）  巻き、分布ＬＲＫ（Ｄ−ＬＲＫ）巻き、又はABC巻きであってよい。下記に詳述する。
【００４２】
図４Ａの磁気伝導要素４０の他の実施形態に関して、図７Ａ、図７Ｂ、及び図８を参照する。図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃの磁気伝導要素５０（第２実施形態）は図４Ｂのものと類似している。図から分かるように、磁気伝導要素５０は第１リング５２、第２リング５４、第３リング５６、及び第４リング５８を備える。第１リング５２、第２リング５４、第３リング５６、及び第４リング５８は半径方向に互いにオーバーラップし、それぞれ透磁性ブロック５３、５５、５７、５９（第１、第２、第３、及び第４透磁性ブロックとも称す）を有する。磁気伝導要素５０が図７Ａの位置（第１位置）に位置する時、透磁性ブロック５３、５５、５７、５９は接続関係にあるので、円弧セグメントは２つの透磁性領域５１ａ、５１ｂと２つの磁気ギャップ（円周方向に透磁性領域により隔てられたギャップ）を有する。磁気伝導要素５０が図７Ｂの位置（第２位置）に位置する時、透磁性ブロック５３、５５、５７、５９は互いに分離しているので、円弧セグメントは４つの透磁性領域５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと４つの磁気ギャップを有する。また、磁気伝導要素５０が図７Ｃの位置（第３位置）に位置する時、透磁性ブロック５３、５５、５７、５９は半径方向に互いに完全に重なり、磁気伝導要素５０は２つの透磁性領域５１ａ、５１ｂと２つの磁気ギャップを有する。磁気伝導要素５０が図７Ａの位置と図７Ｃの位置に位置する時、同じ数の透磁性領域５１ａ、５１ｂが得られるが、磁束は異なり、従って、伝達されるトルクはそれに応じて異なる。従って、磁気伝導要素５０を適切に設計・制御して可変速度比を変化させ、伝達されるトルクを変化させることが出来る。
【００４３】
図４Ａと図７Ａの磁気伝導要素４０、５０は複数の環状（円柱形）の半径方向に互いにオーバーラップする透磁性リング（即ち、第１リング４２、５２等）を採用し、透磁性リングの数は実際の設計要件に依って変わる、即ち、３つ又は５つの透磁性リングが結合されてよいが、本発明はこれに限定されない。透磁性リング内の透磁性ブロックのサイズ、配列、及び数は、様々な数の磁気ギャップを生成して要求された可変速度比を実現するように、適切に設計されてよい。
【００４４】
図８は本発明に係る磁気変速機組立体の磁気伝導要素の第３実施形態の概略図である。透磁性要素６０（磁気伝導要素とも称す）は第１リング６２と第２リング６４を備える。第１リング６２と第２リング６４は軸方向に接続されている。透磁性要素６０は固定子３０と回転子２０の間に配置されている。第１リング６２と第２リング６４は固定子３０と回転子２０の間のギャップ内へ軸方向に移動可能であり、一度に第１リング６２と第２リング６４のうち１つだけが固定子３０と回転子２０の間に挟まれる。要するに、透磁性要素６０は軸方向に駆動され、透磁性要素６０は選択的に第１リング６２又は第２リング６４が回転子２０と固定子３０の間の位置へ移動するのを可能にする。このように、挟まれた第１リング６２又は第２リング６４は固定子３０及び回転子２０の磁界と相互作用し特定の可変速度比を生成する。第１リング６２の透磁性ブロック６３の数（例えば、ＰＮ１透磁性ブロック）は、第２リング６４の透磁性ブロック６５の数（例えば、ＰＮ２透磁性ブロック）と異なる。図８の実施形態において、第１リング６２の透磁性ブロック６３の数は３２であり、第２リング６４の透磁性ブロック６５の数は２４である。即ち、透磁性要素６０は図１の実施形態の透磁性要素４０を置き換えるのに適している。本実施形態の透磁性ブロック６３、６５は図４Ｂ及び図４Ｃの透磁性領域４６ａ、４６ｂと等価である。
【００４５】
上記のように、第１リング６２と第２リング６４は軸方向に接続されている。図８を再び参照すると、第１リング６２と第２リング６４は軸方向に電気絶縁要素６６ａを介して接続されている。また、２つの電気絶縁要素６６ｂ、６６ｃは第１リング６２と第２リング６４の外側にそれぞれ接続され、第２リング６４の透磁性ブロック６５と第１リング６２の透磁性ブロック６３を固定する。
【００４６】
また、図９を参照されたい。図９は本発明に係る磁気変速機組立体の第２実施形態の３次元概略展開図である。図から分かるように、磁気変速機組立体は回転子２０と固定子３０と透磁性要素７０とを備える。回転子２０は複数の極を有し、回転子２０の極はＲ個の極対を有する。固定子３０は回転子２０と同軸でこれをスリーブ状に覆い、複数の極を有する。固定子３０の極はＳＴ１個の極対を有する。透磁性要素７０は回転子２０と固定子３０の間に配置され、ＰＮ１個の透磁性領域７２を有する。ＰＮ１個の透磁性領域７２は回転子と固定子とに対応する。PN1-3 ≦ R+ST1 ≦ PN1+3。従って、Ｒが２０、ＰＮ１が３２、ＳＴ１が１２である場合、前記式（１）から加速比又は減速比は１．６：１になる。
【００４７】
次に、透磁性領域７２の両端は、図９に示すように２つの電気絶縁要素７４ａ、７４ｂによって固定されている。電気絶縁要素７４ａ、７４ｂの配置により、回転子２０と固定子３０の磁界を切る透磁性領域７２により生成された誘導電流は、各透磁性領域７２内に隔離される。
【００４８】
図９の実施形態によれば、透磁性要素７０、固定子３０、及び回転子２０はそれぞれ中空環状形であるので、磁気変速機組立体全体は小さな体積と重量を有し、電気モーターに容易に組み込むことが出来る。その結果、一体型モーターの駆動動力密度（Ｗ／Ｋｇ又はＷ／ｍ3）は増加する。
【００４９】
上記の実施形態によれば、透磁性要素４０、５０、６０の異なる実施形態により磁気変速機組立体は様々な可変速度比に切り替わることが出来る。切り替えられる透磁性要素４０、５０、６０の透磁性領域４６ａ、４６ｂ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの数が式（２）及び式（３）を満たせない場合、図５Ａの固定子３０の実施形態を採用してもよく（式（２）及び式（４）を満たす）、これにより様々な可変速度比における安定性が改善できる。
【００５０】
また、上記の式（２）、（３）及び（４）は固定子３０の基本波に基づく関係式であり、これらの関係式における固定子３０の極対の数が、高次パーミアンス高調波を使用して設計された場合、下記の関係式が得られる。
PN1-3 ≦ R+ST1' ≦ PN1+3          式（５）
PN2-3 ≦ R+ST1' ≦ PN2+3          式（６）
PN2-3 ≦ R+ST2' ≦ PN2+3          式（７）
【００５１】
これらの式において、ＳＴ１’とＳＴ２’は固定子３０の高次パーミアンス高調波の極対の数である。例えば、固定子３０の基本波の極対の数が４であれば、第３パーミアンス高調波の極対の数は１２である。従って、回転子２０の極対の数Ｒ及び透磁性要素４０の透磁性領域４６ａ、４６ｂの数ＰＮ１、ＰＮ２を設計する時、より広い選択範囲が得られる。
【００５２】
また、上記の関係式において、固定子が生成する磁界は、回転子の極対の数Ｒ及び透磁性要素４０の透磁性領域４６ａ、４６ｂと同期するか又は同期しないよう設計されてよい。明らかに同期と非同期との切替えは、固定子３０の極対の数及び／又は透磁性要素４０を制御することで実現される。
【００５３】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは本発明に係る磁気変速機組立体の透磁性要素の第４実施形態の概略図と、図１０Ａの１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った部分断面図と、その動作を例示する概略図とである。
【００５４】
図から分かるように、透磁性要素８０は第１リング８２と第２リング８４を備える。第１リング８２は環状に配置された複数の平行縞のある透磁性ブロック８２０（第１透磁性ブロックとも称す）を有する。第２リング８４も環状に配置された複数の平行縞のある透磁性ブロック８４０（第２透磁性ブロックとも称す）を有する。第１リング８２の透磁性ブロック８２０と第２リング８４の透磁性ブロック８４０は交互に円周方向に配列され、固定子３０と回転子２０の間に挟まれている（図１参照）。即ち、第１リング８２の透磁性ブロック８２０と第２リング８４の透磁性ブロック８４０は図１０Ｂから分かるように同一又は近接した半径方向位置に位置している。
【００５５】
図１０Ｂは図１０Ａの１０Ｂ−１０Ｂ線に沿った部分断面図であり、図４Ｂと図２及び図４Ａとの断面関係に類似している。即ち、図１０Ｂは図１０Ａの円弧セグメントの一部の断面図を示す。
【００５６】
図１０Ｂは第１位置での透磁性要素８０の第１リング８２及び第２リング８４の状態を示す。第１位置では、透磁性ブロック８２０、８４０は互いにある距離だけ離れており、透磁性ブロック８２０、８４０はそれぞれ透磁性領域を形成する。図に示すように、この距離は等距離であるが、本発明はこれに限定されない。空気ギャップが各２つの透磁性ブロック８２０、８４０間に形成され隣接する透磁性ブロック８２０、８４０が透磁性領域の機能を構成していない限り、透磁性ブロック８２０、８４０間の距離は等距離でなくてもよい。
【００５７】
図１０Ｃは第２位置における透磁性要素８０の第１リング８２と第２リング８４との状態を示す。第２位置では、２つの隣り合う透磁性ブロック８２０、８４０は隣接し、２つの隣接する透磁性ブロック８２０、８４０毎に１つの透磁性領域を形成する。ここで、「隣接する」は、２つの透磁性ブロック８２０、８４０間の距離が隣接する透磁性ブロック８２０、８４０が単一の透磁性領域を形成するのを可能にするのに十分小さいことを意味する。
【００５８】
図１０Ｂ及び図１０Ｃから分かるように、図１０Ｂにおける形成された透磁性領域の数は図１０Ｃにおける形成された透磁性領域の数の２倍である。従って、透磁性要素８０をその透磁性領域の数を変えるよう制御することが出来る。
【００５９】
透磁性要素８０をその透磁性領域の数を変えるよう制御するための駆動要素８８（図１０Ａ参照）として、電気モーター又は空気弁を使用してもよい。駆動要素８８は図１、図７Ａ、図８、及び図１１Ａの実施形態に適用してもよい。明らかに駆動要素８８を固定型に変え、手動切換えで制御してもよい。
【００６０】
図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは本発明に係る磁気変速機組立体の透磁性要素の第４実施形態の概略図と、図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った部分断面図と、その動作を例示する概略図とである。これらの図は  図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃと類似であるので、詳細の説明を省略する。
【００６１】
図から分かるように、透磁性要素８０の第４実施形態は、第１リング９２と第２リング９４と第３リング９６とを備える。第１リング９２、第２リング９４、及び第３リング９６はそれぞれ複数の透磁性ブロック９２０、９４０、及び９６０（第１、第２、及び第３透磁性ブロックとも称す）を有する。第１透磁性ブロック９２０、第２透磁性ブロック９４０、及び第３透磁性ブロック９６０は順次円周方向に配列され、固定子３０と回転子２０の間に挟まれている。透磁性ブロック９２０、９４０、９６０は同一又は近接した半径方向位置に配置されている（即ち、円の中心からほぼ等距離離れている）。従って、第１リング９２、第２リング９４、及び第３リング９６が図１１Ｂの第１位置に位置する時、透磁性ブロック９２０、９４０、９６０はそれぞれ独立した透磁性領域を形成し、透磁性要素９０はＰＮ１個の透磁性領域を有する。第１リング９２、第２リング９４、及び第３リング９６が図１１Ｃの第２位置に位置する時、３つの隣り合う透磁性ブロック９２０、９４０、９６０は隣接し１つの透磁性領域を形成するので、透磁性要素９０はＰＮ２個の透磁性領域を有する。従って、第１位置において透磁性要素９０により形成された透磁性領域の数ＰＮ１は第２位置において形成された透磁性領域の数ＰＮ２の３倍である。
【００６２】
図１１Ｄは第３位置における第１リング９２、第２リング９４、及び第３リング９６の概略図である。図から分かるように、第３リング９６の透磁性ブロック９６０と第２リング９４の透磁性ブロック９４０は隣接し、第１リング９２の透磁性ブロック９２０は第２、第３透磁性ブロック９４０、９６０に隣接（或いは近接又は接触していない）していない。従って、隣接する透磁性ブロック９４０、９６０は１つの透磁性領域を形成し、第１透磁性ブロック９２０は独立して透磁性領域を形成するので、透磁性要素９０はＰＮ３個の透磁性領域を有する。従って、図１１Ｄにおいて形成された透磁性領域の数ＰＮ３は図１１Ｃにおいて形成された透磁性領域の数ＰＮ２の２倍である。ここで、ＰＮ３は下記の式（８）を満たす。
PN3-3 ≦ R+ST1 ≦ PN3+3      式（８）
【００６３】
また、動力伝達の目的は、第１リング９２、第２リング９４、及び第３リング９６の相対位置を非等距離に配置して透磁性領域が占める円弧長さと磁気ギャップが占める円弧長さが同じでなくすることで達成できる。ただし、伝達されるトルクは変わる。
【００６４】
上記の式（１）におけるｍとｋの関係に関して、ｍ＝−ｋ＝１に加えてｍ＝ｋ＝１も採用してよい。この場合、固定子３０の極対の数ＳＴ１と、回転子２０の極対の数Ｒと、透磁性要素４０の透磁性領域４６ａ、４６ｂの数ＰＮ１及びＰＮ２との関係式を調整する必要がある。回転子２０の極対の数Ｒが固定子３０の極対の数ＳＴ１より大きい場合、関係式は下記のとおりである。
R-3 ≦ PN1+ST1 ≦ R+3      式（９）
R-3 ≦ PN2+ST1 ≦ R+3      式（１０）
R-3 ≦ PN3+ST1 ≦ R+3      式（１１）
PN3-3 ≦ R+ST1 ≦ PN3+3、又はR-3 ≦ PN3+ST1 ≦ R+3、又はST1-3 ≦ PN3+R ≦ ST1+3。
【００６５】
回転子２０の極対の数Ｒが固定子３０の極対の数ＳＴ１より小さい場合、関係式は下記のとおりである。
ST1-3 ≦ PN1+R ≦ ST1+3      式（１２）
ST1-3 ≦ PN2+R ≦ ST1+3      式（１３）
ST1-3 ≦ PN3+R ≦ ST1+3      式（１４）
【００６６】
上記の式（９）〜（１４）における固定子の極対の数ＳＴ１及びＳＴ２は高次パーミアンス高調波の極対の数ＳＴ１’又はＳＴ２’を置き換えてもよい（即ち、式（５）〜（７）におけるＳＴ１、ＳＴ２をＳＴ１’、ＳＴ２’で置き換える）。
【００６７】
最後に、本発明に係る磁気変速機組立体の分相又は電磁可変速モーターへの適用を下記に説明する。分相モーターにより得られる可変速度比は１より大きく、電磁可変速モーターにより得られる可変速度比は１より大きいか又は小さい。
【００６８】
図１２を参照すると、図から分かるように、固定子３０は回転子２０の半径方向内側に配置され、透磁性要素９９は固定子３０と回転子２０の間に配置されている。固定子３０は巻きアーム３００を有し、図から分かるように、固定子３０は合計１２個の巻きアーム３００を有する。従来の分相又は電磁可変速モーターを使用する場合、下記の表に示すような巻きチャート（又は分相巻きチャートと称す）を参照する必要がある。しかし、この巻きチャートは本発明の範囲を限定するよう意図されていない。
【００６９】
【表２】
2011182638.tif 000005
【００７０】
【表３】
2011182638.tif 000006
【００７１】
巻きチャートを本発明に係る透磁性要素９９を有しない構造（図１２から透磁性要素９９を取り除いた構造）に適用した場合、固定子３０の巻きアーム３００が必要とする巻き態様と可変速度比とが得られる。この表に示すＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ第１相巻き態様、第２相巻き態様、第３相巻き態様を表し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ第１相と逆の巻き態様、第２相と逆の巻き態様、第３相と逆の巻き態様を表す。透磁性要素９９を使用しない構造では、回転子の磁極の数が４で、固定子３０の巻きアーム３００の数が９でありかつ、ABaCAcBCb巻き態様が使用される場合、減速比２：１が得られる。
【００７２】
ここで、ABaCAcBCbの各文字は巻きアーム３００の巻き態様を表し、固定子３０の巻きアームに応じて時計回り又は反時計回りに構成されている。ABaCAcBCb巻き態様を例にとると、第１巻きアーム３００は第１相巻き態様（Ａ）を採用し、第２巻きアーム３００は第２相巻き態様を、第３巻きアーム３００は第１相と逆の巻き態様（ａ）を、第４巻きアーム３００は第３相巻き態様（Ｃ）を採用し、・・・。第１、第２、第３、第４巻きアーム３００は固定子３０に時計回りに順に隣接している。
【００７３】
図１２の適用を再び参照すると、固定子３０は１２の巻きアーム３００を有する。各巻きアーム３００は独立にコイルが巻かれ、隣接する巻きアーム３００は異なる相のコイルが巻かれている場合、固定子３０は１２の磁極を有する。即ち、固定子３０の極対の数ＳＴ１は６である（磁極の数は極対の数の２倍である）。回転子２０の極対の数Ｒは１０である（即ち、磁極の数は２０）。透磁性要素９９の透磁性領域の数ＰＮ１は８である。従って、透磁性要素９９と固定子３０の間のギャップ９９０内の固定子側極対の数Ｒ２は２であることが下記の式（１５）から分かる。従って、固定子側磁極の数は４である。
R2 = |R-PN1|      式（１５）
【００７４】
次に、固定子側磁極の数は４で、固定子の巻きアーム３００の磁極の数は１２であることを使って該巻きチャートを調べると、巻き態様はAcBaCbAcBaCbであることが得られる。従って、透磁性要素９９と固定子３０の間で減速比２：１が得られる。また、回転子２０と透磁性要素９９の間で減速比は５（Ｒ／Ｒ２＝１０／２＝５）である。従って、図１２の分相モーターの総減速比は１０：１（＝２：１×５：１）になる。
【００７５】
また、固定子３０の隣接する２つの巻きアーム３００を同じ相のコイルが巻かれた１つの巻きアームと考えると、固定子３０は６つの磁極を有し、可変性が増加する。
【００７６】
また、透磁性要素９９がその透磁性領域の数が６（ＰＮ２）に変わるよう駆動されると、固定子側極対の数は４（式（１５）から）であり、従って、巻きチャートを使用すると、磁極の数は８であり、異なる減速比が生成される。
【００７７】
また、固定子側極対の数を計算するための式（１５）を下記の式（１６）に変えてもよい。
R2 = R+PN1      式（１６）
【００７８】
モーターの固定子のコイルは、同期モーターのようにＡＣ電流で駆動（又は作動）されても、或いはブラシレスＡＣモーターのようにパルス幅変調（ＰＷＭ）により生成された矩形波又は正弦波により駆動されてもよい。
【００７９】
上記に基づくと、上記実施形態の磁気変速機組立体は電気モーター又は発電機の固定子及び回転子の構成を含み、変速機構造の構成を有し、電気モーターのモーター駆動部又は発電機の電気生成回路（例えば、整流、電圧調整など）と容易に一体化されて可変速電気モーター又は可変速発電機を形成する。この一体型可変速電気モーターは回転動力を生成する機能と可変速伝動機能の両方を有しているが、その体積と重量は電気モーターの元の体積と重量とほぼ同じであるので、高い駆動動力密度が実現される。一方、磁気変速機組立体は電磁伝動を採用して、振動とノイズレベルを低減する。また、電気自動車に適用した場合、可変速電気モーターは高性能動作を維持しながら様々なトルク及び走行速度の要件を満たすことが出来る。
【００８０】
本発明の代表的な実施形態の上記説明は例示の目的のためだけに提供され、網羅的であることを、また本発明を開示した特定の形態に限定するように意図されていない。上記開示から多くの変更と変形が可能である。
【００８１】
当業者が本開示と実施形態を利用できるように本発明の原理とその実際の適用とを説明するために、上記実施形態を選択し説明したが、特定の用途に適切な様々な変形が想到できる。本発明に関係しその思想と範囲に入る他の実施形態が当業者に明らかとなるであろう。従って、本発明の範囲は、上記の説明及び開示した代表的な実施形態ではなく、添付の請求項によって定義される。
【符号の説明】
【００８２】
２０  回転子
３０  固定子
４０  磁気伝導要素
４２  第１リング
４４  第２リング
４６ａ、４６ｂ  透磁性領域
４２０、４２２、４４０、４４２、８２０、８４０  透磁性ブロック
【図１】
2011182638.tif 000007
【図２】
2011182638.tif 000008
【図３】
2011182638.tif 000009
【図４Ａ】
2011182638.tif 000010
【図４Ｂ】
2011182638.tif 000011
【図４Ｃ】
2011182638.tif 000012
【図５Ａ】
2011182638.tif 000013
【図５Ｂ】
2011182638.tif 000014
【図６】
2011182638.tif 000015
【図７Ａ】
2011182638.tif 000016
【図７Ｂ】
2011182638.tif 000017
【図７Ｃ】
2011182638.tif 000018
【図８】
2011182638.tif 000019
【図９】
2011182638.tif 000020
【図１０Ａ】
2011182638.tif 000021
【図１０Ｂ】
2011182638.tif 000022
【図１０Ｃ】
2011182638.tif 000023
【図１１Ａ】
2011182638.tif 000024
【図１１Ｂ】
2011182638.tif 000025
【図１１Ｃ】
2011182638.tif 000026
【図１１Ｄ】
2011182638.tif 000027
【図１２】
2011182638.tif 000028
【外国語明細書】
2011182638000001.pdf