(57)【要約】【課題】大きな変速比が実現できる多段式磁気歯車装置において、回転軸を高速で回転させた場合でも破損する虞のない多段式磁気歯車装置を提供する。【解決手段】  本発明による多段式磁気歯車装置１００では、最も高速で回転する第１内側磁気歯車１０を、第１内側磁石片（永久磁石）１３がロータコア１２の磁石収容孔に収容され、収容孔の内壁にて保持されるＩＰＭ構造とした。これにより多段式磁気歯車装置１００を増速機として使用し、第２外側磁気歯車に固定された第２回転軸９３が回転駆動され、第２磁気歯車装置９０，第１磁気歯車装置４０にて２段に増速回転されて第１内側磁気歯車１０が高速で回転しても遠心力で永久磁石１３が外方に飛び出す虞のない多段式磁気歯車装置を提供することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱状の第１内側磁気歯車と、前記第１内側磁気歯車の外周に対向する様に配置される略円筒状の第１外側磁気歯車と、複数の磁極が均等な間隔で円周上に配列された第１磁極群が前記第１内側磁気歯車と前記第１外側磁気歯車の間に配置された第１磁気歯車装置と、
前記第１外側磁気歯車の外周に配置される略円筒状の第２内側磁気歯車と、前記第２内側磁気歯車の外周に対向する様に配置される略円筒状の第２外側磁気歯車と、複数の磁極が均等な間隔で円周上に配列された第２磁極群が前記第２内側磁気歯車と前記第２外側磁気歯車の間に配置された第２磁気歯車装置を有し、
前記第１外側磁気歯車と前記第２内側磁気歯車が連結された多段式磁気歯車装置において、
多段式磁気歯車装置が回転駆動されたときに前記第１内側磁気歯車が最も高速に回転する構成であり、
前記第１内側磁気歯車は、複数の磁石収容孔を有する軟磁性体製のロータコアと、前記永久磁石収容孔に収容された複数の永久磁石と、を有するＩＰＭ型磁気歯車であることを特徴とした多段式磁気歯車装置。
【請求項２】
前記ロータコアは回転軸を保持する中央孔を有し、隣接する２つの前記磁石収容孔の対向する端面で構成される扇状領域の前記中央孔近傍部に、開口が前記中央孔に露出する切り欠き部を有することを特徴とする請求項１に記載の多段式磁気歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を用いた磁気歯車の磁力により回転を減速または増速しながら伝達することができる磁気歯車装置に関し、特に複数の磁気歯車装置を接続し高い減速比を得ることができる多段式磁気歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気歯車装置の従来の構造として、例えば非特許文献１に記載されているものがある。
非特許文献１に記載された磁気歯車装置は、いずれも円筒状で複数の磁石片を有する、内周側に配置され回動可能に保持されるハイスピードロータと外周側に配置され回動可能に保持されるロースピードロータとを有し、ハイスピードロータの外周面はロースピードロータの内周面と対向し、ハイスピードロータとロースピードロータの中間位置に軟磁性体製のポールピースが配置され回動不能に保持される。
【０００３】
非特許文献１に記載された磁気歯車装置では、ハイスピードロータのバックヨークの外周面には４極対の磁石片が取り付けられ、ロースピードロータのバックヨークの内周面には２２極対の磁石片が取り付けられ、２６個のポールピースが環状に配置されている。
ハイスピードロータの磁石片とロースピードロータの磁石片の間を流れる磁束は中間に配置されたポールピースにより変調され、ハイスピードロータを回転させるとロースピードロータは各々の磁石片の極対数の比率により定まる減速比で回転する。
非特許文献１に記載された磁気歯車装置では減速比は５．５となり、ハイスピードロータとロースピードロータは逆方向に回転する。
【０００４】
このような構造の磁気歯車装置は非接触で回転を伝達することができるので、変速動作に伴う騒音が発生せず潤滑の必要もないという優れた特性を有する。
【０００５】
この構造の磁気歯車装置の減速比はハイスピードロータとロースピードロータの各々の磁石片の極対数の比率により定まるので、減速比を大きくするにはハイスピードロータの極対数を少なくするかロースピードロータの極対数を多くすればよい。
しかし、当然ではあるがハイスピードロータの極対数を１より小さくする事は出来ず、さらにはコギングの回避等の要件からハイスピードロータの極対数は小さくしても３が一般的である。また、ロースピードロータの極対数を多くすると個々の磁石の円周方向の長さが小さくなるため、上限はロースピードロータの径に依存するが、無制限に極対数を多くする事は出来ない。このような状況から実際の磁気歯車装置の減速比は１０程度が上限となることが多い。
【０００６】
磁気歯車装置でより大きな減速比を得るには、複数の磁気歯車装置を連結して使う方法が考えられ、特許文献１には筒状に形成された複数の磁気歯車が回転軸の径方向に重なり合う構造の２段式磁気歯車装置が示されている。
【０００７】
特許文献１に示されている２段式磁気歯車装置９０１は、図８に示すように、回動可能に保持された第１の回転軸９０３に第１内側筒９３１を介して取り付けられた複数の第１磁石片９３２と、回動可能に保持された複数の第２磁石片９４２と、固定された複数の第１磁性歯部９０８よりなる１段目の磁気歯車装置、および回動可能に保持された第２の回転軸９０４に取り付けられた複数の第２磁性歯部９０９と、回動可能に保持された複数の第３磁石片９４３と、固定された複数の第４磁石片９５２よりなる２段目の磁気歯車装置よりなる。
【０００８】
この２段式磁気歯車装置９０１を増速機として動作させる場合、２段目の磁気歯車装置では第２の回転軸９０４に取り付けられた第２磁性歯部９０９が入力側となり第３磁石片９４３が増速回転した出力側となる。また、１段目の磁気歯車装置では第２磁石片９４２が入力側となり第１の回転軸９０３に取り付けられた第１磁石片９３２が増速回転した出力側となる。
第２磁石片９４２と第３磁石片９４３は第２内側筒９４１の内周部と外周部にそれぞれ取り付けられているので、２段目の磁気歯車装置の出力と１段目の磁気歯車装置の入力が第２内側筒９４１で接続され、２段式磁気歯車装置として動作する。
【０００９】
特許文献１に示されている多段式磁気歯車装置９０１を増速機として動作させる場合、図示しない電動機等により第２の回転軸９０４が駆動されると、第２の回転軸９０４に取り付けられた２段目の磁気歯車装置の第２磁性歯部９０９も回転し、空間高調波磁気ギアの動作原理により第３磁石片９４３が増速回転する。第３磁石片９４３と１段目の磁気歯車装置の第２磁石片９４２はどちらも第２内側筒９４１に取り付けられているので、第３磁石片９４３が増速回転すると第２磁石片９４２も増速回転し、空間高調波磁気ギアの動作原理により１段目の磁気歯車装置の第１磁石片９３２はさらに増速して回転する。
【００１０】
特許文献１に示されている２段式磁気歯車装置９０１は、１段目の磁気歯車装置と２段目の磁気歯車装置の各々の磁石片及び磁性歯部が第１の回転軸９０３の径方向に重なり合う構造である。そのため、第１の回転軸９０３の軸方向に大型化することなく、大きな増速比の多段式磁気歯車装置を構成することができる。
【００１１】
ところで、特許文献１に示されている２段式磁気歯車装置では第１の回転軸９０３が最も高速で回転するが、複数の第１磁石片９３２は第１内側筒９３１を介して第１の回転軸９０３の外周に取り付けられており、第１内側筒９３１と第１磁石片９３２は、第１磁石片９３２の磁力および必要に応じて使用する接着剤の接着力により固定される。
【００１２】
一般的に知られているように回転体に生じる遠心力は回転速度の２乗に比例する。このため特許文献１に示されている多段式磁気歯車装置を増速機として使用する場合、増速され高速で回転する第１の回転軸９０３の外周に取り付けられた第１磁石片９３２には非常に大きな遠心力が働き、最悪の場合には第１磁石片９３２が第１の回転軸９０３から引き剥がされ破損する虞があるという課題が有った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１４−１５９９２号公報
【非特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、大きな変速比が実現できる多段式磁気歯車装置において、回転軸を高速で回転させた場合でも破損する虞のない多段式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】
【００１６】
本発明の多段式磁気歯車装置における請求項１に係る発明は、略円柱状の第１内側磁気歯車と、前記第１内側磁気歯車の外周に対向する様に配置される略円筒状の第１外側磁気歯車と、複数の磁極が均等な間隔で円周上に配列された第１磁極群が前記第１内側磁気歯車と前記第１外側磁気歯車の間に配置された第１磁気歯車装置と、
前記第１外側磁気歯車の外周に配置される略円筒状の第２内側磁気歯車と、前記第２内側磁気歯車の外周に対向する様に配置される略円筒状の第２外側磁気歯車と、複数の磁極が均等な間隔で円周上に配列された第２磁極群が前記第２内側磁気歯車と前記第２外側磁気歯車の間に配置された第２磁気歯車装置を有し、
前記第１外側磁気歯車と前記第２内側磁気歯車が連結された多段式磁気歯車装置において、
多段式磁気歯車装置が回転駆動されたときに前記第１内側磁気歯車が最も高速に回転する構成であり、前記第１内側磁気歯車は、複数の磁石収容孔を有する軟磁性体製のロータコアと、前記永久磁石収容孔に収容された複数の永久磁石と、を有するＩＰＭ型磁気歯車であることを特徴とする。
【００１７】
多段式磁気歯車装置は大きな変速比を得たい場合に用いられるので、特に増速機として使用する場合は、入力される回転に対し大きく増速された回転が出力される。従って、最も高速で回転する磁気歯車は高い回転数で駆動されることになる。
【００１８】
一般的にＳＰＭ型の磁気歯車では、磁石は磁石自身の磁力による吸着力と接着剤の接着力によりバックヨークに固定されるが、引き剥がし方向の強い力が働くと磁石がヨークから外れる可能性がある。
磁気ギアに組み込まれた磁石を引き剥がす方向に掛かる力のひとつに磁気歯車の回転による遠心力があるが、回転物に掛かる遠心力は回転速度の二乗に比例するため、多段式磁気歯車装置のように変速比の大きな磁気歯車の高速軸では変速比の二乗に比例した大きな遠心力が磁石にかかり、磁石がヨークから外れる等の不具合が生じる虞がある。
【００１９】
本発明による多段式磁気歯車装置では高速軸である第１内側磁気歯車を、永久磁石がロータコアの磁石収容孔に収容され収容孔に保持されるＩＰＭ構造としたので、最高速回転軸である第１内側磁気歯車が高速で回転しても遠心力で磁石が外方に飛び出す虞のない多段式磁気歯車装置を提供することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に係る発明では、前記ロータコアは回転軸を保持する中央孔を有し、隣接する２つの前記磁石収容孔の対向する端面で構成される扇状領域の前記中央孔近傍部に、開口が前記中央孔に露出する切り欠き部を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明による多段式磁気歯車装置ではロータコアの扇状領域の中央孔近傍部に開口が中央孔に露出する切り欠き部を設けたので、磁気ギア動作には利用されない扇状領域の内周側端面に向かう磁束が減少し、磁気ギア動作に有効に機能する扇状領域の外周側端面に流れ出す磁束が増加するので、磁気ギア動作の効率をより高めることができる。
これにより、高速回転させても破損する虞がなく動作効率がより高められた多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上により、本発明によれば回転軸を高速で回転させた場合でも回転軸が破損する虞のない多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の多段式磁気歯車装置を示す外観図である。
【図２】本実施の形態の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施の形態の組み立て構造を示す断面図である。
【図４】本実施の形態の多段式磁気歯車装置の接続ロータの構成を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態の多段式磁気歯車装置の第１内側磁気歯車の構成を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態の第１内側磁気歯車のロータコア中を流れる磁束の状況を模式的に示す部分詳細図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の多段式磁気歯車装置の組み立て構造を示す断面図である。
【図８】従来の２段式磁気歯車装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係る多段式磁気歯車装置の実施の形態を、図１，図２，図４および図５を参照に、詳細に説明する。なお、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では接続される磁気歯車装置の段数が２段の場合を記述する。
図１は本発明の実施の形態の多段式磁気歯車装置を示す外観図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
図２は本実施の形態の多段式磁気歯車装置の全体構成を示す分解斜視図である。
図４は本実施の形態の多段式磁気歯車装置のうちの接続ロータの構成を示す斜視図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。
図５は本実施の形態の多段式磁気歯車装置のうちの第１内側磁気歯車の構成を示す斜視図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。
【００２５】
図1に示すように、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の外観は略円柱状で両端面に回転する軸を有し、一方の軸を回転駆動すると他方の軸が変速回転する。図１に示す多段式磁気歯車装置１００では、一方の端面に突出する第１回転軸１１を回転駆動すると、他方の端面に突出する第２回転軸９３が減速回転し、減速比に応じた大きなトルクが得られる。また、他方の端面に突出する第２回転軸９３を回転駆動すると一方の端面に突出する第１回転軸１１が、トルクは減少するが増速されて回転する。
【００２６】
本実施の形態での多段式磁気歯車装置１００では、第２回転軸９３が回転駆動され、第１回転軸１１が増速回転する増速機として使用する場合を例に説明する。
【００２７】
〔多段式磁気歯車装置の構成部材〕
つぎに、図２を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の構成部材を説明する。図２は多段式磁気歯車装置１００を軸方向に分解した状態の斜視図で、理解を容易とするため、各構成部品の全周の１／４周部分を切り取った状態で記載している。
【００２８】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００は、外部より回転駆動される入力段の第２磁気歯車装置９０と、第２磁気歯車装置９０に接続された出力段の第１磁気歯車装置４０の２段の磁気歯車装置により構成される。
【００２９】
入力段の第２磁気歯車装置９０は第２外側磁気歯車８０，第２磁極体群７０と第２内側磁気歯車６０などより構成される。
【００３０】
第２外側磁気歯車８０は軟磁性体よりなる略円筒状の外側バックヨーク８２の内周に、隣接する磁石片が互いに異極となるように複数の第２外側磁石片８１が円周方向に等間隔に配置されている。
略円筒状の外側バックヨーク８２の一方端には、略円板状の回転板９２が取り付けられ、回転板９２の中央部は一方に突出し第２回転軸９３となっている。これにより第２外側磁気歯車８０と第２回転軸９３は一体となって回転する。また、第２回転軸９３の他方側の根元部には軸受けが組み込まれる。
【００３１】
第２磁極体群７０は非磁性体よりなる略円筒状の第２磁極ホルダ７２に軟磁性体よりなる複数個の第２磁極片７１が円周方向に等間隔で埋め込まれている。
【００３２】
第２内側磁気歯車６０は、図４に示すように、軟磁性体よりなる略円筒状の接続ヨーク５１の外周に、隣接する磁石片が互いに異極となるように複数の第２内側磁石片６１が円周方向に等間隔に配置されている。
【００３３】
出力段の第１磁気歯車装置４０は第１外側磁気歯車３０，第１磁極体群２０と第１内側磁気歯車１０などより構成される。
【００３４】
第１外側磁気歯車３０は、図４に示すように、軟磁性体よりなる略円筒状の接続ヨーク５１の内周に、隣接する磁石片が互いに異極となるように複数の第１外側磁石片３１が円周方向に等間隔に配置されている。なお、接続ヨーク５１は前記の第２内側磁気歯車６０と共用している。
【００３５】
第１磁極群２０は非磁性体よりなる有底略円筒状の第１磁極ホルダ２２に、ケイ素鋼板等の軟磁性体板材を積層して製作された複数個の第１磁極片２１が円周方向に等間隔で埋め込まれている。第１磁極ホルダ２２の底部中央には支持軸２２ａが外方に突出するように設けられている。
なお、本実施例では第１磁極片２１は板材を積層した例を示しているが一体の軟磁性材料で製作しても良い。
【００３６】
第１内側磁気歯車１０は、図５に示すように、ケイ素鋼板等の軟磁性体板材を積層して製作された略円板状のロータコア１２と複数の第１内側磁石片１３などよりなる。
ロータコア１２は略中央に中央孔１２ａと、中央孔１２ａを中心として放射状に複数の略長方形の磁石収容孔１２ｂが等角度間隔で設けられている。
複数の磁石収容孔１２ｂには複数の第１内側磁石片（永久磁石）１３が、隣接する磁石片の対向する面が同極となるようにそれぞれ収容され、中央孔１２ａには第１回転軸１１が回動不能に保持される。
なお、本実施例ではロータコア１２は板材を積層した例を示しているが一体の軟磁性材料で製作しても良い。
【００３７】
略円板状の固定板９１は軸受けが組み込まれた中央孔を有し、第１内側磁気歯車１０の第１回転軸１１を回動可能に保持する。
【００３８】
なお、接続ヨーク５１に第２内側磁石片６１および第１外側磁石片３１を取付けた組み立て品を接続ロータ５０と呼ぶ事とする。接続ロータ５０は第１外側磁気歯車３０と第２内側磁気歯車６０を接続ヨーク５１により一体としたものである。
【００３９】
〔多段式磁気歯車装置の組み立て構造〕
次に、図３を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００の各構成品の組み立て構造を説明する。図３（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う多段式磁気歯車装置１００の組み立て構造を示す断面図で、図３（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う多段式磁気歯車装置１００の組み立て構造を示す断面図である。
【００４０】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では増速動作時に出力軸となる第１回転軸１１側の固定板９１を図示しない保持部材に固定して使用することを想定している。このため、以下の説明では固定板９１を組み立て構造の土台として説明を進める。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、固定板９１には第１内側磁気歯車１０の第１回転軸１１が軸受けを介して回動可能に取り付けられる。また固定板９１には第１磁極群２０および第２磁極群７０が第１内側磁気歯車１０と同軸に回動不能に取り付けられる。
【００４２】
第１磁極群２０の第１磁極ホルダ２２の外周部には接続ロータベアリング５２，５３を介して、接続ロータ５０が保持される。これにより、接続ロータ５０は第１磁極群２０と第２磁極群７０との中間位置で回動自在に保持される。
【００４３】
また、固定板９１に回動不能に取付けられた第１磁極群２０の第１磁極ホルダ２２の支持軸２２ａには、軸受けを介して第２外側磁気歯車８０に取付けられた回転板９２が回動自在に保持され、これにより第２外側磁気歯車８０は第２磁極群７０の外側で回動自在となる。
【００４４】
このとき、図３（ａ）に示すように、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０，第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０の各々の磁石片または磁極片の軸方向の中央位置は略同一となる様に配置される。
【００４５】
上記の如く組み立てられると、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００は、図３（ｂ）に示す様に、第１回転軸１１の軸心から径方向外側に向け、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０，第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０が同心円状に整列する配置となる。
【００４６】
上記のうち、第１磁極群２０と第２磁極群７０は固定板９１に固定されており、第１内側磁気歯車１０と第２外側磁気歯車８０は回動自在に保持され、第１外側磁気歯車３０と第２内側磁気歯車６０が一体化された接続ロータ５０も回動自在に保持されている。
第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０は一式で空間高調波磁気ギアとして動作する第２磁気歯車装置９０となり、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０は一式で空間高調波磁気ギアとして動作する第１磁気歯車装置４０となる。
第１外側磁気歯車３０と第２内側磁気歯車６０は接続ロータ５０にて一体化されているので、第２磁気歯車装置９０と第１磁気歯車装置４０は直列に接続され多段式磁気歯車装置１００となる。
【００４７】
従って、第２回転軸９３が図示しない外部駆動機構等により回転駆動されると、第２磁気歯車装置９０の第２外側磁気歯車８０が入力された回転数で回転し、空間高調波磁気ギアの動作原理により第２内側磁気歯車６０が増速回転する。
第２内側磁気歯車６０と第１外側磁気歯車３０は接続ロータ５０により一体化されているので、第２内側磁気歯車６０が増速回転すると第１外側磁気歯車３０も同じ速度で回転する。
【００４８】
第１磁気歯車装置４０の第１外側磁気歯車３０が回転すると空間高調波磁気ギアの動作原理により第１内側磁気歯車１０はさらに増速回転し、第１内側磁気歯車１０に固定された第１回転軸１１もさらに増速された速度で回転する。
これらにより多段式磁気歯車装置１００では、第２回転軸９３に入力された回転は第２磁気歯車装置９０および第１磁気歯車装置４０により２段に増速された回転が第１回転軸１１から出力される。
【００４９】
本実施の形態では、入力段の第２磁気歯車装置９０の第２内側磁気歯車６０には３極対の第２内側磁石片６１が組み込まれ、第２外側磁気歯車８０には１０極対の第２外側磁極片８１が組み込まれ、第２磁極群７０には１３個の第２磁極片７１が組み込まれ、磁気ギアとして動作する条件を満足している。これにより第２磁気歯車装置９０はギア比が１０／３=３．３３３の磁気歯車装置として動作する。
また、出力段の第１磁気歯車装置４０の第１内側磁気歯車１０には３極対の第１内側磁極片１３が組み込まれ、第１外側磁気歯車３０には１６極対の第１外側磁石片３１が組み込まれ、第１磁極群２０には１９個の第１磁極片２１が組み込まれ、磁気ギアとして動作する条件を満足している。これにより第１磁気歯車装置４０はギア比が１６／３=５．３３３の磁気歯車装置として動作する。
従って、多段式磁気歯車装置１００のギア比は
（１０／３）×（１６／３）＝１７．７７７
となる。
【００５０】
従って本実施の形態における多段式磁気歯車装置１００では、第２回転軸９３を例えば毎秒５回転すなわち３００ＲＰＭの中程度の速度で回転させた場合でも、第１回転軸１１は５０００ＲＰＭ以上の高速度で回転する。
【００５１】
ところで、遠心力は回転速度の二乗に比例するのであるから、第１回転軸１１および第１回転軸１１を含む第１内側磁気歯車１０は２段増速の前と比較して、（１７．７７７）×（１７．７７７）≒３１６倍の遠心力を受けることとなる。このため、第１内側磁気歯車１０の第１内側磁石片１３には強い遠心力がかかり、第１内側磁石片１３はロータコア１２から引き剥がされる方向の力を受ける。
【００５２】
本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００では、最も高速で回転する第１内側磁気歯車１０の複数の第１内側磁石片（永久磁石）１３を、ロータコア１２に設けた複数の略長方形の磁石収容孔１２ｂに収容するＩＰＭ構造とした。
これにより第１内側磁石片１３にかかる遠心力は磁石収容孔１２ｂの外周側の内壁で受けられるので、第１内側磁石片１３がロータコア１２から引き剥がされる虞が少ない多段式磁気歯車装置を提供できる。
【００５３】
またＩＰＭ構造では、第１内側磁石片１３は磁石収容孔１２ｂに収容されており、磁石収容孔１２ｂと第１内側磁石片１３の隙間に接着剤を充填することにより、第１内側磁石片１３は第１内側磁石片１３自身の磁力により磁石収容孔１２ｂに吸着保持されると共に、磁石収容孔１２ｂと第１内側磁石片１３の隙間の接着剤により固定される。
【００５４】
一般的なＳＰＭ構造の磁気歯車では磁石をロータに接着する時、磁石とロータの接触面に接着剤を塗布するが、磁石の磁力により磁石とロータの接触面に塗布した接着剤はほとんどが押し出され、磁石とロータの接触面にはわずかな接着剤しか残らず、磁石の周囲に残った接着剤により保持されていることが多い。
【００５５】
本実施例の第１内側磁気歯車１０では第１内側磁石片１３は磁石収容孔１２ｂに収容しているが、必然的に磁石収容孔１２ｂの内寸は第１内側磁石片１３の外寸よりわずかに大きくなる。したがって第１内側磁石片１３の磁力により断面長方形状の第１内側磁石片１３の一方の面が磁石収容孔１２ｂの一方の面と吸着すると、第１内側磁石片１３の他方の面と磁石収容孔１２ｂの他方の面の間には隙間ができるので、第１内側磁石片１３の他方の面と磁石収容孔１２ｂの他方の面の間の隙間に適当量の接着剤を充填することができ、高い接着力を得ることができる。
【００５６】
以上により、このためＩＰＭ構造とした本実施例の第１内側磁気歯車１０では、磁石収容孔１２ｂに収容した第１内側磁石片１３を接着剤により強固に保持することが可能であるため、第１内側磁気歯車１０が２段の磁気歯車装置により高速に増速されても第１内側磁石片１３がロータコア１２から引き剥がされる虞がより少ない多段式磁気歯車装置を提供できる。
【００５７】
〔欠き部の効用〕
次に、図６を参照に、本実施の形態による多段式磁気歯車装置１００のロータコア１２に設けた切り欠き部１２ｃによる動作効率の改善効果を記述する。
図６（ａ）は本実施の形態とは異なり、ロータコアに切り欠きを設けない場合のロータコア中を流れる磁束の状況を模式的に示す部分詳細図で、（ｂ）は本実施の形態によるロータコアに切り欠きを設けた場合のロータコア中を流れる磁束の状況を模式的に示す部分詳細図である。
【００５８】
ＩＰＭ構造のロータでは、隣接する２つの磁石収容孔に収容された２つの磁石の対向する面は同極となり、例えば対向する面がＮ極の場合、図６（ａ）に示すように、２つの第１内側磁石片１３のそれぞれのＮ極からの磁束は、本実施の形態とは異なる切り欠きを設けないロータコア１２ｘの、２つの磁石片に挟まれた扇状領域を通過し扇状領域の外周側端面および内周側端面に流れ出す。このうち扇状領域の外周側端面に流れ出す磁束Ｆａはロータコア１２ｘの外周側にある第１磁極群２０（図３参照）に流れ込むため磁気ギア動作に有効に機能するが、扇状領域の内周側端面に流れ出した磁束Ｆｂは中央孔１２ａを通過して第１内側磁石片１３のＳ極側に戻るだけで、磁気ギア動作に有効には機能しない。
【００５９】
これに対し、本発明による多段式磁気歯車装置１００では、図６（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、ロータコア１２の２つの第１内側磁石片１３に挟まれた扇状領域の中央孔１２ａ近傍部に、開口が中央孔１２ａに露出する切り欠き部１２ｃを設けた。これにより扇状領域の内周側端面を通過する磁路は空気中を通過する距離が増大し磁気抵抗が大きくなる。
【００６０】
このため、例えば２つの第１内側磁石片１３の対向する面がＮ極の場合、２つの第１内側磁石片１３のそれぞれのＮ極からの磁束のうち、扇状領域を通過し扇状領域の内周側端面に流れ出す磁束Ｆｂは減少し、磁気ギア動作に有効に機能する扇状領域の外周側端面に流れ出す磁束Ｆａが増加するので、磁気ギア動作の効率をより高めることができる。
これにより、ロータコアに切り欠きを設けた多段式磁気歯車装置１００では、高速回転させても破損する虞がなく動作効率がより高められた多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００６１】
〔接続ロータの保持構造〕
本発明による多段式磁気歯車装置１００では、第２磁気歯車装置９０と第１磁気歯車装置４０の２段の磁気歯車装置が、第２内側磁気歯車６０と第１外側磁気歯車３０が一体となった接続ロータ５０により接続されている。
このように第２内側磁気歯車６０と第１外側磁気歯車３０を一体とした構造の場合、第２内側磁気歯車６０および第１外側磁気歯車３０の回転、すなわち接続ロータ５０の回転は多段式磁気歯車装置１００の外部に取り出す必要がない。
【００６２】
本実施例による多段式磁気歯車装置１００では、図３（ａ）に示すように、外部からの回転入力軸である第２回転軸９３および回転出力軸である第１回転軸１１は回転軸の軸芯付近で軸受けによりそれぞれ支持軸２２ａ及び固定板９１に回転可能に保持される構成とし軸の回転を外部に取り出せる構成とした。これに対し、接続ロータ５０は回転を多段式磁気歯車装置１００の外部には取り出すことはできないが、内周部を第１磁極群２０の第１磁極ホルダ２２の外周部に設けた接続ロータベアリング５２，５３で回転可能に保持され、回転軸方向には部品がはみ出さない構造とした。
【００６３】
これにより、多段式磁気歯車装置１００では磁気歯車を２段に接続したにも係わらず、外部からの回転の入出力である第１回転軸１１および第２回転軸９３を保持する軸受けが回転軸芯付近に必要数配置されるのみで、多段式磁気歯車装置１００の軸方向の長さが増加することが無いので、回転軸方向に小型で高速回転させても破損する虞がない多段式磁気歯車装置を提供することができる。
【００６４】
なお、接続ロータ５０では第２内側磁気歯車６０に発生した回転は接続ヨーク５１を介して第１外側磁気歯車３０に直接伝達されるため、理想的には接続ロータベアリング５２，５３にはラジアル方向の力は生じない。また、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０，第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０の各々の磁石片または磁極片の軸方向の中央位置は略同一となる様に配置されているので、理想的には接続ロータベアリング５２，５３にはスラスト方向の力も生じない。このため接続ロータベアリング５２，５３を定格荷重がごく小さな軸受けとすることが可能で、多段式磁気歯車装置１００の体格を小さくすることができる。
【００６５】
〔３段式磁気歯車装置の組み立て構造〕
次に、図７を参照に、磁気歯車装置を３段接続した多段式磁気歯車装置２００の組み立て構造を説明する。図７は多段式磁気歯車装置２００の図１（ａ）のＡ−Ａ線に相当する位置の断面図で、（ａ）は構造を説明するため回転軸方向にブロック単位でずらした状態の断面図、（ｂ）は組み立て状態の断面図である。
【００６６】
３段接続の多段式磁気歯車装置２００では固定板１９１，回転板１９２を２段接続の多段式磁気歯車装置１００の場合より大径化する。大径化した回転板１９２の最外周部には大径の第３外側磁気歯車１３０を設け、大径化した固定板１９１の外周付近には大径の第３磁極群１２０を設ける。これにより固定板１９１には、図７（ａ）に示す様に、内周側から順に第１磁極群２０，第２磁極群７０および第３磁極群１２０が同心円状に固定される。
【００６７】
２段接続の多段式磁気歯車装置１００に組みこまれていた接続ロータ５０は、２段接続の多段式磁気歯車装置１００の場合と同様に、第１磁極群２０と第２磁極群７０の間に回動自在に保持される。また新規に設けた第３磁極群１２０と第２磁極群７０の間には、図７（ａ）に示す様に、接続ロータ５０よりも大径で、第２外側磁気歯車８０と第３内側磁気歯車１１０が取り付けられた第２接続ロータ１５０を設ける。
【００６８】
以上により、多段式磁気歯車装置２００では、図７（ｂ）に示す様に、第１回転軸１１より外方に、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０，第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０，第３内側磁気歯車１１０，第３磁極群１２０，第３外側磁気歯車１３０が同心円状に隣接して並ぶ。
【００６９】
第３内側磁気歯車１１０，第３磁極群１２０，第３外側磁気歯車１３０は一式で入力段の磁気歯車装置として動作し、第２内側磁気歯車６０，第２磁極群７０，第２外側磁気歯車８０は一式で中間の磁気歯車装置、第１内側磁気歯車１０，第１磁極群２０，第１外側磁気歯車３０は一式で出力段の磁気歯車装置として、それぞれ動作する。
また第１外側磁気歯車３０と第２内側磁気歯車６０は接続ロータ５０により一体化されており、第２外側磁気歯車８０と第３内側磁気歯車１１０は第２接続ロータ１５０により一体化されているので、多段式磁気歯車装置２００は３段接続の多段式磁気歯車装置として動作する。
【００７０】
このとき、入出力軸である第２回転軸１９３，第１回転軸１１の保持構造および軸径等は２段接続の多段式磁気歯車装置１００の場合と同一構造，同一寸法とすることができ、
変更する必要がないので、多段式磁気歯車装置の３段化が容易にできる。
【００７１】
また上記の多段化構成では、固定板１９１および回転板１９２を充分に大径化し、固定板１９１に必要数の磁極群を追加して取り付け、追加した磁極群の数に対応した接続ロータを追加した磁極群に回動可能に保持させることにより、入出力軸である第２回転軸，第１回転軸の保持構造，寸法等を変更せずに希望の段数に多段化できるという特徴を有する。
【００７２】
このように、本実施例による多段式磁気歯車装置では、接続する２つの磁気歯車装置の隣接する磁気歯車を一体化し、一体化した磁気歯車が磁気歯車装置を構成する固定された磁極群に回動可能に保持される構成としたので、回転軸方向の長さおよび取り付け寸法が同一のまま，最大外径だけを大きくすることにより種々の段数の多段式磁気歯車装置を提供することが可能となる。
【００７３】
なお、以上の説明では多段式磁気歯車装置を増速機として使用する場合を例に記載したが、回転を入出力する軸を入れ替えて減速機として使用しても、同様の本発明の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明により、大きな変速比が実現できる多段式磁気歯車装置において、回転軸を高速で回転させた場合でも破損する虞のない多段式磁気歯車装置の提供が可能となる。
【符号の説明】
【００７５】
１０      第１内側磁気歯車
１１      第１回転軸
１２      ロータコア
１２ａ    中央孔
１２ｂ    磁石収容孔
１２ｃ    切り欠き部
１２ｘ    ロータコア
１３      第１内側磁石片（永久磁石）
２０      第１磁極群
２１      第１磁極片
２２      第１磁極ホルダ
２２ａ    支持軸
３０      第１外側磁気歯車
３１      第１外側磁石片
４０      第１磁気歯車装置
５０      接続ロータ
５１      接続ヨーク
５２      接続ロータベアリング
５３      接続ロータベアリング
６０      第２内側磁気歯車
６１      第２内側磁石片
７０      第２磁極群
７１      第２磁極片
７２      第２磁極ホルダ
８０      第２外側磁気歯車
８１      第２外側磁石片
８２      外側バックヨーク
９０      第２磁気歯車装置
９１      固定板
９２      回転板
９３      第２回転軸
１００      多段式磁気歯車装置
１１０      第３内側磁気歯車
１２０      第３磁極群
１５０      第２接続ロータ
１９１      固定板
１９３      第２回転軸
２００      多段式磁気歯車装置
Ｆａ      磁束
Ｆｂ      磁束
９０１      ２段式磁気歯車装置
９０３      第１の回転軸
９０４      第２の回転軸
９０８      第１磁性歯部
９０９      第２磁性歯部
９３１      第１内側筒
９３２      第１磁石片
９４１      第２内側筒
９４２      第２磁石片
９４３      第３磁石片
９５２      第４磁石片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019183901.tif 000009
【図８】
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