(57)【要約】【課題】伝達可能トルクを増大させることのできる磁気歯車を提供する。【解決手段】磁気歯車１０ａは、インナーヨーク１４ａの周方向に複数のインナー磁石１４ｂを配列したインナー歯車１４と、インナー歯車１４に対して外周側に相対回転可能に設けられ、ポールホルダ３０ａの周方向に複数のポールピース３０ｂを配列したセンターリング３０と、センターリング３０に対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨーク２６ａの周方向に複数のアウター磁石２６ｂを配列したアウター歯車とを有する。アウター磁石２６ｂは、隣接する同士で周方向に同極が向き合うようにアウターヨーク２６ａに埋め込まれている。アウターヨーク２６ａはアウター磁石２６ｂが埋め込まれるアウター磁石孔２６ｃを有する。アウター磁石孔２６ｃは、アウターヨーク２６ａの内周面に開口部２６ｆを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
を有し、
前記アウター磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記アウターヨークに埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気歯車において、
前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、
前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気歯車において、
前記アウターヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記アウター磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気歯車において、
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気歯車において、
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、
前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気歯車において、
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。
【請求項７】
インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、
前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
を有し、
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれており、
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、
前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする磁気歯車。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気歯車において、
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、
前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする磁気歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用した歯車により非接触でトルクを伝達する磁気歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な歯車機構は複数の歯車を用い、その歯数比によって変速を行っており、歯同士の接触による振動・騒音が発生するとともに、摩耗による機械的寿命があり、しかも注油などのメンテナンスが必要となる。これに対して、磁気を利用して非接触でトルクを伝達する磁気歯車の開発および実用化が進められている。磁気歯車では非接触でトルク伝達を行うことから上記のような不都合がない。
【０００３】
磁気歯車の一般的構成としては、例えば特許文献１に示されるように、周方向に複数の磁石を配列したインナー歯車およびアウター歯車と、周方向に複数のポールピースを配列したセンターリングとを備え、内径側から外径側に向かってインナー歯車、センターリングおよびアウター歯車の順で同心かつ相対回転可能に構成される。インナー歯車、センターリングおよびアウター歯車のうちいずれか１つを入力部とし、いずれか１つを出力部とし、変速して回転伝達を行う。
【０００４】
非特許文献１では、磁気歯車のセンタロータを固定する場合とアウター歯車を固定する場合とでは異なる変速比が得られること、およびそれらの変速比の計算式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２２５２０９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】安藤「磁気歯車の開発動向」、日本ＡＥＭ学会誌、Ｖｏｌ２４、Ｎｏ．２、２０１６年、ｐ．１５―２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような磁気歯車では磁気的に非接触でトルクを伝達する構造であることからその伝達トルクに限度があり、伝達可能トルクの一層の向上が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、伝達可能トルクを増大させることのできる磁気歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる磁気歯車は、インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記アウター磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記アウターヨークに埋め込まれていることを特徴とする。
【００１０】
前記アウターヨークは前記アウター磁石が埋め込まれるアウター磁石孔を有し、前記アウター磁石孔は、前記アウターヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。
【００１１】
前記アウターヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記アウター磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。
【００１２】
前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれていてもよい。
【００１３】
前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。
【００１４】
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。
【００１５】
インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、を有し、前記インナー磁石は、隣接する同士で周方向に同極が向き合うように前記インナーヨークに埋め込まれており、前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする。
【００１６】
前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる磁気歯車では、アウター磁石が隣接する同士で周方向に同極が向き合うようにアウターヨークに埋め込まれており、または、インナー磁石が隣接する同士で周方向に同極が向き合うようにインナーヨークに埋め込まれており、それぞれ磁極部に効率的に磁力が伝えられて伝達可能トルクを増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車を示す分解斜視図である。
【図２−１】図２−１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。
【図２−２】図２−２は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。
【図４】図４は、第２の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。
【図５】図５は、第３の実施形態にかかる磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる磁気歯車の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下、方向を識別するために、図１における軸方向を基準として右上方向をＸ１方向、左下方向をＸ２方向とし、各図に方向を示す矢印を表記する。また、内側および内径方向とは回転軸中心を向く方向で、外側または外径方向とはその逆方向とする。さらに、ボルトについてはサイズおよびタイプに拘わらず全てボルトＢと呼ぶ。
【００２０】
図１、図２−１に示すように、第１の実施形態にかかる磁気歯車１０ａは、アウター歯車体１２と、インナー歯車１４と、センター体１６と、アウター軸１８と、インナー軸２０と、ベース２２とを有する。
【００２１】
アウター歯車体１２はケーシング２４と、アウター歯車２６と、アウター側面部２８とを有する。ケーシング２４は筒体であって、磁気歯車１０ａにおいてベース２２を除く本体部の外枠を形成する。
【００２２】
アウター歯車２６はアウターヨーク２６ａと、ＮＬ＝３１極対（６２個）のアウター磁石２６ｂとを有する。アウター歯車２６は低速ロータとも呼ばれる。アウター歯車２６のさらに詳細な構成については後述する。
【００２３】
アウター側面部２８は磁気歯車１０ａのＸ１方向側を覆う蓋体であり、複数のボルトＢによりケーシング２４のＸ１方向端面に固定され、アウター歯車２６に対して回転不能で一体的に回転する。アウター側面部２８はインナー軸２０が挿通可能な中心孔２８ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部２８ｂと、６つのボルト孔であるベース固定部２８ｃとを有する。軸固定部２８ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部２８ｃは軸固定部２８ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定可能である（図２−２参照）。軸固定部２８ｂとベース固定部２８ｃとの間にはＸ１方向に突出する環状突起２８ｄが設けられ、該環状突起２８ｄよりも内径側は浅い嵌合溝２８ｅが形成されている。軸固定部２８ｂは嵌合溝２８ｅの底部に設けられている。
【００２４】
インナー歯車１４はインナーヨーク１４ａと、ＮＨ＝３極対（６個）のインナー磁石１４ｂとを有する。インナー歯車１４の中心にはインナー軸２０が挿通して固定されるインナー軸固定孔１５が設けられている。インナー歯車１４は高速ロータとも呼ばれる。インナー歯車１４のさらに詳細な構成については後述する。
【００２５】
センター体１６はセンターリング３０と、センター側面部３２とを有する。センターリング３０はポールホルダ３０ａと、ＮＳ＝３４個のポールピース３０ｂとを有する。ポールホルダ３０ａは非磁性体の筒体である。ポールピース３０ｂは軟磁性体であって、ポールホルダ３０ａに対して周方向に等角度に配列されている。インナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、アウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂおよびポールピース３０ｂは、それぞれ軸方向位置と軸方向長さが略等しくなるように設定されている（図２−１参照）。
【００２６】
なお、アウター歯車２６におけるアウター磁石２６ｂの極対数ＮＬ、インナー歯車１４におけるインナー磁石１４ｂの極対数ＮＨおよびセンターリング３０におけるポールピース３０ｂの個数ＮＳは、
ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨ
という関係が成立するように選定される。
磁気歯車１０ａではＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３であり、
３４＝３１＋３
という関係が成立している。
【００２７】
センター側面部３２は磁気歯車１０ａのＸ２方向側を覆う蓋体である。センターリング３０とセンター側面部３２とは一体成形されて相対回転不能であり、センター側面部３２の外周部がセンターリング３０のＸ２方向端面と接続されている。センター側面部３２はインナー軸２０が挿通可能な中心孔３２ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部３２ｂと、等角度に配置された６つのボルト孔であるベース固定部３２ｃとを有する。軸固定部３２ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部３２ｃは軸固定部３２ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定される。軸固定部３２ｂとベース固定部３２ｃとの間にはＸ２方向に突出する環状突起３２ｄが設けられ、該環状突起３２ｄよりも内径側は浅い嵌合溝３２ｅが形成されている。軸固定部３２ｂは嵌合溝３２ｅの底部に設けられている。
【００２８】
６つの軸固定部３２ｂおよび上記の６つの軸固定部２８ｂは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれアウター軸１８が固定可能である。６つのベース固定部３２ｃおよび上記の６つのベース固定部２８ｃは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれベース２２が固定可能である。
【００２９】
センター側面部３２はアウター側面部２８の外周近傍を除く内径側部分と同一の対称構造となっており、中心孔２８ａと中心孔３２ａ、軸固定部２８ｂと軸固定部３２ｂ、ベース固定部２８ｃとベース固定部３２ｃ、環状突起２８ｄと環状突起３２ｄ、および嵌合溝２８ｅと嵌合溝３２ｅはそれぞれ同一形状で同配置となっている。
【００３０】
アウター軸１８およびインナー軸２０は、駆動機構および従動機構が接続される入出力部である。アウター軸１８はフランジ１８ａと、該フランジ１８ａから一方に突出した軸部１８ｂと、フランジ１８ａに設けられた等間隔で６つの孔１８ｃとを有する。ボルトＢが孔１８ｃを通って軸固定部２８ｂに螺合されると、アウター軸１８はアウター側面部２８に固定され、軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。フランジ１８ａは嵌合溝２８ｅに嵌合して安定する。アウター軸１８はアウター側面部２８およびセンター側面部３２のいずれにも固定可能でありアウター／センター兼用軸または低速軸とも呼ばれ得るものだが、ここでは単にアウター軸１８と称する。
【００３１】
インナー軸２０は長尺な円柱軸形状であって、インナー軸固定孔１５に対して機械的（例えば、キー、スプライン、Ｄカット構造）に接続され、インナー歯車１４に対して回転不能で一体的に回転する。インナー軸２０はインナー軸固定孔１５に対して着脱可能で、軸方向逆向きに組み替え可能な構成となっている。インナー軸２０のＸ１方向端部近傍はアウター側面部２８の中心孔２８ａに対してベアリング３４ａで軸支されている。インナー軸２０のほぼ中心部はセンター側面部３２の中心孔３２ａに対してベアリング３４ｂで軸支されている。ベアリング３４ａ，３４ｂの内輪とインナー歯車１４との間にはそれぞれスペーサ３６ａ、３６ｂが介挿されている。ベアリング３４ａ，３４ｂはスナップリング３８ａ，３８ｂにより抜け止め処理されている。インナー歯車１４はベアリング３４ａ、３４ｂによりアウター歯車体１２およびセンター体１６に対して相対回転可能となっている。インナー軸２０は高速軸とも呼ばれ得る。
【００３２】
アウター側面部２８の一部とセンターリング３０のＸ１方向端内周面との間にはベアリング４０ａが設けられている。センター側面部３２のＸ２方向端外周面とケーシング２４のＸ２方向端内周面との間にはベアリング４０ｂが設けられている。ベアリング４０ａ，４０ｂによりアウター歯車体１２とセンター体１６とは相対回転可能となっている。
【００３３】
ベース２２は固定台としての機能を備え、側面視でＬ字形状であって側板２２ａとベース板２２ｂとを有する。側板２２ａは、ベース板２２ｂと直交して立設している。側板２２ａは、中心に設けられた軸挿通孔２２ｃと、該軸挿通孔２２ｃの周囲で等角度に設けられた６つの孔２２ｄとを有する。ボルトＢが孔２２ｄを通ってベース固定部３２ｃに螺合されると、ベース２２はセンター側面部３２に固定される。軸挿通孔２２ｃはアウター軸１８、フランジ１８ａおよびインナー軸２０が挿通可能な径となっている。軸挿通孔２２ｃの一端には浅い環状切欠２２ｅが設けられ、該環状切欠２２ｅには環状突起２８ｄまたは環状突起３２ｄが嵌合可能となっている。軸挿通孔２２ｃと嵌合溝２８ｅ，３２ｅとは同径となっている。
【００３４】
図２−１に示すように、アウター軸１８はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔３２ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ２方向に突出するように組み立てられている。アウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はセンター体１６のセンター側面部３２に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。
【００３５】
このとき、アウター軸１８を入力側、インナー軸２０を出力側とした場合の変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝−ＮＬ／ＮＨ＝−３１／３＝−１０．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１０．３３であり、マイナス符号であるから回転方向は逆向きとなる。
【００３６】
一方、図２−２に示すように、アウター軸１８はセンター体１６のセンター側面部３２にも固定可能であり、この場合には軸部１８ｂはＸ２方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔２８ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ１方向に突出するように組み立てられる。この場合もアウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。
【００３７】
このとき、変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝ＮＳ／ＮＨ＝３４／３＝＋１１．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１１．３３であり、プラス符号であるから回転方向は順向きとなる。なお、磁気歯車１０ａ〜１０ｃの磁気作用で変速動作が得られる原理については、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように公知であるからここでは説明を省略する。
【００３８】
インナー歯車１４およびアウター歯車２６の構造について図３を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００３９】
図３に示すように、アウターヨーク２６ａおよびインナーヨーク１４ａは筒体であることから、それぞれの内周面および外周面は回転軸中心の円周面であって無駄な凹凸がない。したがって、インナーヨーク１４ａの外周面とセンターリング３０の内周面との隙間は十分に狭く、またアウターヨーク２６ａの内周面とセンターリング３０の外周面との隙間は十分に狭く、それぞれ磁気の力を作用させやすい。
【００４０】
アウター歯車２６のアウターヨーク２６ａは軟磁性体であり、ケーシング２４の内周面に固定された筒体である。アウターヨーク２６ａは、アウター磁石孔２６ｃと、磁極部２６ｄと、ブリッジ２６ｅとを有する。アウター磁石孔２６ｃはアウター磁石２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク２６ａの内周面側に開口部２６ｆを有する。アウター磁石２６ｂはアウター磁石孔２６ｃと同形状であって、開口部２６ｆ以外の３辺はアウター磁石孔２６ｃと隙間なく接しており、その内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致している。なお、図３〜図５では理解が容易となるようにアウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂにおいてＮ極をドット地、Ｓ極を白地として識別している。
【００４１】
アウター磁石２６ｂおよびアウター磁石孔２６ｃは矩形でアウターヨーク２６ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。アウター磁石孔２６ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま内側に開口していて開口部２６ｆには凹凸がない。アウター磁石２６ｂは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている。アウター磁石２６ｂがアウターヨーク２６ａに対してこのように埋め込まれているアウター歯車２６はＩＰＭ型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ、磁石埋め込み型）である。
【００４２】
磁極部２６ｄは周方向の両側を２つのアウター磁石孔２６ｃで挟まれた略矩形である。磁極部２６ｄはアウターヨーク２６ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。磁極部２６ｄは、両側をアウター磁石２６ｂのＳ極で挟まれた箇所がＳ極、両側をＮ極で挟まれた箇所がＮ極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。
【００４３】
ブリッジ２６ｅは隣り合う磁極部２６ｄ同士をアウターヨーク２６ａの外周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ２６ｅにより各磁極部２６ｄが相互に接続され、アウターヨーク２６ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ２６ｅは十分に薄く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部２６ｄの磁束強度が維持される。
【００４４】
インナー歯車１４のインナーヨーク１４ａは軟磁性体であって、円盤形状である。インナーヨーク１４ａは、インナー磁石孔１４ｃと、磁極部１４ｄと、ブリッジ１４ｅとを有する。インナー磁石孔１４ｃはインナー磁石１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク１４ａの外周面側に開口部１４ｆを有する。インナー磁石１４ｂはインナー磁石孔１４ｃと同形状であって、開口部１４ｆ以外の３辺はインナー磁石孔１４ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致している。
【００４５】
インナー磁石１４ｂおよびインナー磁石孔１４ｃは矩形でインナーヨーク１４ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。インナー磁石孔１４ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に開口していて開口部１４ｆには凹凸がない。インナー磁石１４ｂは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている。インナー磁石１４ｂがインナーヨーク１４ａに対してこのように埋め込まれているインナー歯車１４はＩＰＭ型である。
【００４６】
磁極部１４ｄは周方向の両側を２つのインナー磁石孔１４ｃで挟まれた部分であり、内径側が狭くて外径側が広い扇形状である。磁極部１４ｄは、両側をインナー磁石１４ｂのＳ極で挟まれた箇所がＳ極、両側をＮ極で挟まれた箇所がＮ極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。
【００４７】
ブリッジ１４ｅは隣り合う磁極部１４ｄ同士をインナーヨーク１４ａの内周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１４ｅにより各磁極部１４ｄが相互に接続され、インナーヨーク１４ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１４ｅは十分に薄く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１４ｄの磁束強度が維持される。
【００４８】
このように、磁気歯車１０ａはそれぞれＩＰＭ型構造のアウター歯車２６とインナー歯車１４とを有する。ＩＰＭ型構造では、磁石が各ロータの表面に配置され、磁石の着磁方向が径方向となるＳＰＭ型（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ、表面磁石型）と比較して高トルクが得られる。また渦電流損が少ないため高効率となる。さらに、インナー磁石１４ｂおよびアウター磁石２６ｂは埋め込み構造であるため、遠心力の作用によって外側に剥がされてしまう懸念がなく、高速回転に適する。また、インナー歯車１４およびアウター歯車２６の少なくとも一方をＩＰＭ型構造にすれば、上記の効果が相応に得られる。
【００４９】
アウター歯車２６では、アウター磁石孔２６ｃが内周側に開口部２６ｆを有していることから、アウター磁石２６ｂは最大限内側に寄った配置が可能となっており、その内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致していてセンターリング３０の外周面に極めて近い。また、開口部２６ｆが設けられていることから、アウター歯車２６の内周側では各磁極部２６ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部２６ｄは内側方向に特に強い磁束を指向させることができる。
【００５０】
インナー歯車１４では、インナー磁石孔１４ｃが外周側に開口部１４ｆを有していることから、インナー磁石１４ｂは最大限外側に寄った配置が可能となっており、その外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致していてセンターリング３０の内周面に極めて近い。また、開口部１４ｆが設けられていることから、インナー歯車１４の外周側では各磁極部１４ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部１４ｄは外側方向に特に強い磁束を指向させることができる。このような構成によりインナー歯車１４およびアウター歯車２６は、センターリング３０を介し相手側に対して相互に強い磁力を作用させることができる。
【００５１】
また、アウター磁石２６ｂをアウター磁石孔２６ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部２６ｇから径方向に挿入してもよい。同様にインナー磁石１４ｂをインナー磁石孔１４ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部１４ｇから径方向に挿入してもよく、それぞれ組立の自由度が増す。
【００５２】
なお、アウター磁石２６ｂの内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致し、インナー磁石１４ｂの外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致しているが、ここでいう一致とは厳密な意味ではなくおおよそ等しい位置にあればよい。例えば、アウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂは、アウターヨーク２６ａの内周面およびインナーヨーク１４ａの外周面から突出してしまうとセンターリング３０に干渉する懸念があることから、寸法誤差や組立誤差を考慮し余裕をみてやや短めに設定するということも、ここでいう一致と同義である。
【００５３】
このように構成される磁気歯車１０ａでは、アウター歯車２６およびインナー歯車１４がそれぞれＩＰＭ型であることから伝達可能トルクが大きくなる。また、アウター磁石孔２６ｃが内周側に開口する形状であって、その体積分だけアウター磁石２６ｂを大きくすることができて強い磁力が得られる。同様にインナー磁石孔１４ｃが外周側に開口する形状であって、その体積分だけインナー磁石１４ｂを大きくすることができて強い磁力が得られる。その結果、伝達トルクを増大させることができる。
【００５４】
磁気歯車１０ａはこのような特徴があり、解析した結果から、次に述べる第２実施形態にかかる磁気歯車１０ｂと比較して最大伝達トルクが２１％高く、効率も若干高いことが確認された。
【００５５】
次に、第２の実施形態にかかる磁気歯車１０ｂについて図４を参照しながら説明する。磁気歯車１０ｂおよび後述する磁気歯車１０ｃについて、上記の磁気歯車１０ａと同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
図４に示すように、磁気歯車１０ｂは上記のアウター歯車２６に代えてアウター歯車４２が設けられるとともに、上記のインナー歯車１４に代えてインナー歯車４４が設けられている。アウター歯車４２はアウターヨーク４２ａと、アウター磁石４２ｂとを有する。アウター磁石４２ｂは上記のアウター磁石２６ｂと同じものであり、同数、同角度配置である。アウターヨーク４２ａは、上記のアウターヨーク２６ａと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。アウターヨーク４２ａはアウター磁石孔４２ｃと、磁極部４２ｄと、ブリッジ４２ｅとを有する。磁極部４２ｄは上記の磁極部２６ｄと同形状である。アウター磁石孔４２ｃはアウター磁石４２ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク４２ａの外周面側に開口部４２ｆを有する。アウター磁石４２ｂはアウター磁石孔４２ｃと同形状であって、開口部４２ｆ以外の３辺はアウター磁石孔４２ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部４２ｆの縁４２ｇと一致している。このような構成によりアウター磁石４２ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４２ｆが設けられていることから、アウター歯車４２の外周側では各磁極部２６ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。
【００５７】
ブリッジ４２ｅは隣り合う磁極部４２ｄ同士をアウターヨーク４２ａの内周部で接続する薄い部分である。ブリッジ４２ｅにより各磁極部４２ｄが相互に接続され、アウターヨーク４２ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ４２ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部４２ｄの磁束強度が維持される。
【００５８】
また、アウターヨーク４２ａの外周面はケーシング２４の内周面に固定されていることから強度が確保されている。したがって、アウターヨーク４２ａは内周面側の強度がブリッジ４２ｅで確保されるとともに外周面側の強度がケーシング２４で確保されることになり、高速回転に適するとともに耐振動性に優れる。
【００５９】
インナー歯車４４はインナーヨーク４４ａと、インナー磁石４４ｂとを有する。インナー磁石４４ｂは上記のインナー磁石１４ｂと同じものであり、同数、同角度配置である。インナーヨーク４４ａは、上記のインナーヨーク１４ａと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。インナーヨーク４４ａはインナー磁石孔４４ｃと、磁極部４４ｄと、ブリッジ４４ｅとを有する。磁極部４４ｄは上記の磁極部１４ｄと同形状である。インナー磁石孔４４ｃはインナー磁石４４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク４４ａの内周面側に開口部４４ｆおよび一対の抜止突起４４ｈを有する。インナー磁石４４ｂはインナー磁石孔４４ｃと同形状であって開口部４４ｆ以外の３辺はインナー磁石孔４４ｃと隙間なく接している。このような構成によりインナー磁石４４ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４４ｆが設けられていることから、インナー歯車４４の内周側では各磁極部４４ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。
【００６０】
抜止突起４４ｈは、開口部４４ｆをやや狭めるように周方向両端に設けられた小さい突起であり、インナー磁石４４ｂを内周端から接することにより安定して保持する。インナー磁石４４ｂはアウター磁石４２ｂよりも大きいが、抜止突起４４ｈにより確実に保持される。また、抜止突起４４ｈを設けることにより、インナー磁石４４ｂの内径側はインナーヨーク４４ａの内周面よりもやや外径側に寄った位置に設定される。これにより、インナー磁石４４ｂの内径側端面を直線形状としてもインナーヨーク４４ａの内周側に設けられたコア４６との干渉を回避することができる。
【００６１】
なお、条件によっては抜止突起４４ｈを省略し、インナー磁石４４ｂを内径側に向かってやや大きく設定し、仮想線で示すようにその内側端部４４ｊを開口部４４ｆの縁４４ｇと一致させてもよい。このような構成によりインナー磁石４４ｂを一層大きくすることができ、強い磁力が得られる。この場合、インナー磁石４４ｂの内径側端面はコア４６との干渉を回避するために、該コア４６の外周面に沿った円弧面にするとよい。
【００６２】
上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は設けなくてもよい。すなわち、図５に示す第３の実施径にかかる磁気歯車１０ｃのような構成でもよい。磁気歯車１０ｃでは、アウター磁石孔４８ｃは外径側がブリッジ４８ｅで塞がれ、内径側がブリッジ４８ｆで塞がれていている。また、インナー磁石孔５０ｃは外径側がブリッジ５０ｅで塞がれ、内径側がブリッジ５０ｆで塞がれている。磁気歯車１０ｃにおいてアウター歯車４８、アウターヨーク４８ａ、アウター磁石４８ｂ、アウター磁石孔４８ｃ、磁極部４８ｄ，インナー歯車５０、インナーヨーク５０ａ、インナー磁石５０ｂ、インナー磁石孔５０ｃ、磁極部５０ｄは、上記のアウター歯車２６、アウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂ、アウター磁石孔２６ｃ、磁極部２６ｄ、インナー歯車１４、インナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、インナー磁石孔１４ｃ、磁極部１４ｄに相当する。このような磁気歯車１０ｃでは、アウター磁石４８ｂおよびインナー磁石５０ｂは四面がアウター磁石孔４８ｃおよびインナー磁石孔５０ｃに接して安定する。また、アウターヨーク４８ａおよびインナーヨーク５０ａは、外周面および内周面がそれぞれ深い切欠孔のない円周面となり強度が強い。
【００６３】
上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は内径側と外径側の両側に設けられていてもよい。図示は省略するが、磁石孔の開口部が各ヨークの外側と内側の両方に設けることにより、アウター磁石やインナー磁石を一層大きくすることができる。この場合、磁極部同士を周方向に接続する部材がないので、軸方向端部で各磁極部を接続し固定するとよい。
【００６４】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  磁気歯車
１２  アウター歯車体
１４，４４，５０  インナー歯車
１４ａ，４４ａ，５０ａ  インナーヨーク
１４ｂ，４４ｂ，５０ｂ  インナー磁石
１４ｃ，４４ｃ，５０ｃ  インナー磁石孔
１４ｄ，４４ｄ，５０ｄ  磁極部
１４ｅ，４４ｅ，２６ｅ，４２ｅ，４８ｅ，５０ｅ，５０ｆ  ブリッジ
１４ｆ，２６ｆ，４４ｆ  開口部
１４ｇ，２６ｇ，４４ｇ  縁
１６  センター体
２４  ケーシング
２６，４２，４８  アウター歯車
２６ａ，４２ａ，４８ａ，  アウターヨーク
２６ｂ，４２ｂ，４８ｂ，  アウター磁石
２６ｃ，４２ｃ，４８ｃ，  アウター磁石孔
２６ｄ，４２ｄ，４８ｄ，  磁極部
３０  センターリング
３０ａ  ポールホルダ（非磁性筒体）
３０ｂ  ポールピース（軟磁性体）
４４ｈ  抜止突起
４６  コア
【図１】
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【図２−１】
2019168010.tif 000004
【図２−２】
2019168010.tif 000005
【図３】
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【図４】
2019168010.tif 000007
【図５】
2019168010.tif 000008