(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極性が交互になるように周方向に沿って配列された磁石を有する第１磁気歯車と、極性が交互になるように周方向に沿って配列された磁石を有する第２磁気歯車と、第１磁気歯車の磁石および第２磁気歯車の磁石の各々に対向するように位置し、周方向に沿って配列された変調子を有する変調体とを有する磁気波動歯車機構と、
第１磁気歯車に結合され、第１磁気歯車と共に回転する第１伝達要素と、
変調体に結合され、変調体と共に回転する第２伝達要素と、
を含む、第１伝達要素と第２伝達要素の間で速度変換を行う速度変換機であって、
個々の変調子は、分離および結合可能である変調片から構成され、
さらに、少なくとも一部の変調片を周方向に移動させて変調片同士を分離または結合させ、これによって配列された変調子の個数を変更し、第１伝達要素と第２伝達要素の間の速度変換比を変更する変速機構を含む、
速度変換機。
【請求項２】
請求項１に記載の速度変換機であって、
変速機構は、第１伝達要素と第２伝達要素の回転の軸線に沿って変調子に対して進退する変速部材を有し、変速部材の進退により変調片が周方向に移動する、
速度変換機。
【請求項３】
請求項２に記載の速度変換機であって、
変速部材は進退方向に対して傾斜したガイドを備え、変調片は変速部材の進退に応じてガイドに沿って移動することで周方向に移動する、
速度変換機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の速度変換機であって、第１磁気歯車の極対の数は４であり、第２磁気歯車の極対の数は２０であり、変調子の数は１６と２４を取り得る、速度変換機。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の速度変換機であって、第１磁気歯車の極対の数は５であり、第２磁気歯車の極対の数は１５であり、変調子の数は１０と２０を取り得る、速度変換機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度変換機に関し、特に磁気波動歯車機構を用いた速度変換機に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気波動歯車機構を用いた速度変換機が知られている。下記特許文献１には、入力軸（６）と出力軸（７）の間で速度変換を行う磁気波動歯車機構（磁気ギア（１））が記載されている。インナロータ（８）は、極性が交互になるように外周に沿って配列された永久磁石（１０）を有する。アウタロータ（１１）は、極性が交互になるように内周に沿って配列された永久磁石（１３）を有する。インナロータの永久磁石（１０）とアウタロータの永久磁石（１３）の間に、周方向に配列された磁性体コア（１７）が配置される。インナロータの永久磁石（１０）の極対数（Ｎ）、アウタロータの永久磁石（１３）の極対数（Ｍ）、磁性体コア（１７）の個数（Ｌ）の関係を、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｌを満足するものとすれば、速度変換比Ｎ／Ｍで入力軸の回転が出力軸に伝達される。特許文献１においては、複数の速度変換比を選択的に使用可能な速度変換機、いわゆる変速機は開示されていない。
【０００３】
下記特許文献２には、それぞれ極対数の異なる３個の内側ロータ（２４，２６，２８）と３個の外側ロータ（３４，３６，３８）で３組の磁気歯車対を構成した速度変換機が記載されている。磁気特性変化部（４４）を移動させることで、磁気波動歯車を構成する磁気歯車対が選択される。選択された磁気歯車対の極対数に応じた速度変換比が得られ、速度変換比を変更可能な多段変速機構を形成することができる。
【０００４】
なお、（  ）が付された符号は、各特許文献において用いられた符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３３１６６号公報
【特許文献２】特開２０１１−９４７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気波動歯車機構を用いた速度変換機において、複数の速度変換比を選択的に使用可能とすることが望まれている。特許文献２には、多段変速機構が示されているが、変速段数と同じ数の磁気歯車対（内側ロータと外側ロータ）が必要になり、さらに各ロータに磁石を設けなければならない。変速段数と同じ数の磁気歯車対は、装置の外形を大きくする要因となる。また、各ロータに磁石を設けることは、コスト上昇の要因となる。
【０００７】
本発明は、１組の磁気歯車対から２つの速度変換比を得る速度変換機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】
【０００８】
本発明に係る速度変換機は、磁気波動歯車機構と、磁気波動歯車機構を介して接続される第１伝達要素および第２伝達要素と、磁気波動歯車機構の速度変換比を変更する変速機構を含む。磁気波動歯車機構は、極性が交互になるように周方向に沿って配列された磁石を有する第１磁気歯車と、極性が交互になるように周方向に沿って配列された磁石を有する第２磁気歯車と、第１磁気歯車の磁石および第２磁気歯車の磁石の各々に対向するように位置し、周方向に沿って配列された変調子を有する変調体とを有する。第１伝達要素は、第１磁気歯車に結合され、第１磁気歯車と共に回転する。第２伝達要素は、変調体に結合され、変調体と共に回転する。
【０００９】
第１磁気歯車の極対数Ｐ1、第２磁気歯車の極対数Ｐ2、変調体の変調子の個数ＰMの間係が、
｜Ｐ2±Ｐ1｜＝ＰM  ・・・（１）
であるとき、第１磁気歯車、第２磁気歯車、変調体は所定の速度比で回転する磁気波動歯車機構となる。例えば、第２磁気歯車を固定したとき、変調歯車と第１磁気歯車の速度比ｒは、
ｒ＝ωM／ω1＝Ｐ1／ＰM  ・・・（２）
となる。ここで、ω1は第１磁気歯車の回転速度、ωMは変調子の回転速度である。
【００１０】
上式（１），（２）から、変調子の個数ＰMを変更することで速度比ｒを変更できることが分かる。本発明においては、個々の変調子を分離および結合可能な変調片により構成し、変調片の分離、結合することで変調子の個数を変更して速度比の変更を行う。変速機構は、少なくとも一部の変調片を周方向に移動させて変調片同士を分離または結合させる。これによって、周方向に配列された変調子の個数を変更する。
【００１１】
第１磁気歯車の極対数Ｐ1を４、第２磁気歯車の極対数Ｐ2を２０としたとき、変調子の個数を１６，２４とすることで２つの速度比（０．２５０，０．１６７）を取ることができる。
【００１２】
具体的には、周方向の寸法が２対１であるそれぞれ１６個の第１変調片と第２変調片を２個ずつ交互に配列する。隣り合う第１変調片と第２変調片同士を結合することで、１６個の変調子を有する変調体が構成され、このとき速度比ｒ＝０．２５０を得る。また、第１変調片は個々に１つの変調子を構成させ、周方向寸法が第１変調片の二分の１である第２変調片は、隣り合う２個を結合させて、１つの変調子を形成する。これにより、２４個の変調子を有する変調体が構成され、このとき速度比ｒ＝０．１６７を得る。
【００１３】
また、第１磁気歯車の極対数Ｐ1を５、第２磁気歯車の極対数Ｐ2を１５としたとき、変調子の個数を１０，２０とすることで２つの速度比（０．５００，０．２５０）を取ることができる。
【００１４】
具体的には、周方向の寸法が同一の２０個の変調片を配列する。隣り合う２個の変調片を結合することで、１０個の変調子を有する変調体が構成され、このとき速度比ｒ＝０．５００を得る。また、各変調片を独立させることで２０個の変調子を有する変調体が構成され、このとき速度比ｒ＝０．２５０を得る。
【００１５】
速度変換比を変更する変速機構は、変調片を周方向に移動させることで変調子の個数を変更する。変速機構は、第１伝達要素と第２伝達要素の回転の軸線に沿って変調子に対して進退する変速部材を有するようにでき、変速部材の進退により変調片が周方向に移動する。変速部材は進退方向に対して傾斜したガイドを備えるようにでき、変調片は変速部材の進退に応じてガイドに沿って移動することで周方向に移動する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１組の磁気歯車対（第１磁気歯車および第２磁気歯車）から２つの速度変換比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の速度変換機の回転軸線に直交する断面を示す模式図である。
【図２】本実施形態の速度変換機の回転軸線を含む断面を示す模式図である。
【図３】変調子の個数変更の動作を説明するための図である。
【図４】変調片の動きを規制するガイド構造を示す図である。
【図５】変調片の移動を説明するための図である。
【図６】他の実施形態の速度変換機の回転軸線に直交する断面を示す図である。
【図７】変調子の個数変更の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この明細書および特許請求の範囲において、一方の伝達要素から他方の伝達要素に回転が伝達されるとき、速度が変化することを「速度変換」と記し、このときの２つの伝達要素の速度比を「速度変換比」と記す。また、速度変換比が１の場合、速度は変化しないが、便宜上この場合も「速度変換」に含む。一方、ある速度変換比から別の速度変換比に速度変換比を変化させることを「変速」と記す。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１および図２は、本実施形態の速度変換機１０の要部を示す模式図であり、図１は回転軸線に直交する断面を示す図、図２は回転軸線を含む断面を示す図である。
【００２０】
速度変換機１０は、入力軸１２、出力軸１４と磁気波動歯車機構１６を含む。磁気波動歯車機構１６は、入力軸１２に接続または固定された内側磁気歯車１８と、ケース２０に固定された外側磁気歯車２２とを含む。入力軸１２は、軸受を介してケース２０に支持されている。内側磁気歯車１８を囲むように外側磁気歯車２２が配置される。磁気波動歯車機構１６は、更に、内側磁気歯車１８と外側磁気歯車２２の間に配置された変調体２４を含む。入力軸１２と出力軸１４は同軸配置されている。内側磁気歯車１８は、入力軸１２と共に、または一体となって回転する。変調体２４は、変速機構２６を介して出力軸１４に接続されており、出力軸１４と共に回転する。変速機構２６については、後に詳述する。
【００２１】
内側磁気歯車１８は、円柱または円板形状を有し、その外周面に永久磁石が隙間なく周方向に配列されている。この永久磁石を内側永久磁石２８と記す。内側永久磁石２８は、極性が交互になるように、８個が配列されている。よって、極性の異なる２個の永久磁石で構成される極対は４個となる。また、個々の内側永久磁石２８の周方向の寸法は全て等しい。外側磁気歯車２２は、円筒または円環形状を有し、その内周面に永久磁石が隙間なく周方向に配列されている。この永久磁石を外側永久磁石３０と記す。外側永久磁石３０は、極性が交互になるように、４０個が配列されており、極対の数は２０個となる。また、個々の外側永久磁石３０の周方向の寸法は全て等しい。内側永久磁石２８と外側永久磁石３０は半径方向において対向する。
【００２２】
変調体２４は、対向する内側永久磁石２８と外側永久磁石３０の間に配置される強磁性体の変調子３２を有する。個々の変調子３２は、内側永久磁石２８と外側永久磁石３０のそれぞれに対向している。変調子３２は、周方向に沿って配列されている。個々の変調子３２の周方向の寸法は等しく、隣り合う変調子３２の間隔もこれに等しい。変調子３２は、変調片３４ａ，３４ｂから構成されており、変調片３４ａ，３４ｂを分離および結合することで、変調子３２の個数を変更することができる。この速度変換機１０では、変調子３２の個数を選択的に１６個と２４個にすることができる。図１には、変調子３２が１６個である状態が示されている。
【００２３】
内側磁気歯車１８、外側磁気歯車２２および変調体２４は、入力軸１２および出力軸１４の回転軸線と同軸に配置されている。
【００２４】
図３は、変調子３２の個数の変更について説明するための図である。変調子３２の個数が１６個の状態が（ａ）に、また２４個の状態が（ｂ）に示されている。また、これらの状態を区別する必要があるときには、個数が１６個の状態の変調子を符号３２Ａで示し、２４個の状態の変調子を符号３２Ｂで示す。また、複数の変調子３２Ａ，３２Ｂ、および複数の変調片３４ａ，３４ｂを個々に区別する必要がある場合には添え字「-1」，「-2」，・・・ を付して説明する。
【００２５】
変調片３４ａ，３４ｂの周方向の寸法は２：１であり、種類ごとに２個ずつ交互に配列されている。つまり、図３において時計回りに、変調片３４ｂが２個（３４ｂ-1，３４ｂ-2）続けて配列され、次に変調片３４ａが２個（３４ａ-2，３４ａ-3）が配列される。変調子３２Ａは、１個の変調片３４ａと１個の変調片３４ｂによって構成される。変調片３４ａ，３４ｂを、図３の（ａ）に示す矢印のように周方向に移動させる。変調子３２Ａ-1を構成する変調片３４ａ-1と変調片３４ｂ-1は分離され、変調子３２Ａ-2を構成する変調片３４ａ-2と変調片３４ｂ-2も分離される。分離した変調片３４ａ-1と変調片３４ａ-2は、図３の（ｂ）に示すように、それぞれ単独で変調子３２Ｂ-1と変調子３２Ｂ-3を構成する。また、分離した変調片３４ｂ-1と変調片３４ｂ-2が結合して一つの変調子３２Ｂ-2を構成する。これにより変調子の個数が１６個から２４個に増加する。
【００２６】
変速機構２６は、変調子３２の個数を変更する機構であり、これにより速度変換比が変化する。つまり、変速機構２６により変速が行われる。変速機構２６は、入力軸１２および出力軸１４の軸線に沿って変調体２４に対して進退する変速プレート３６と、変速プレート３６と一体の変速シャフト３８を含む。変速シャフト３８は、円筒形状であってその内壁面にスプラインが形成されている。このスプラインと、出力軸１４に形成されたスプラインが嵌合して、変速シャフト３８と出力軸１４が回転方向に関して固定される。一方で、軸方向に関して、両者は相対的に移動可能にされる。変速プレート３６には、変速プレート３６の進退に伴って変調片３４の周方向の移動を案内するガイドが設けられている。
【００２７】
図４は、変速プレート３６のガイドの具体的構造を示す断面図である。図４は、変速プレート３６の外周部の、変速プレート３６の回転軸線を含む断面を示す図である。変速プレート３６には、Ｔ字形断面のガイド溝４０が形成されている。ガイド溝４０は、周方向に延びている。また、ガイド溝４０は、延びる方向に関して傾斜している。変調片３４には、Ｔ字形断面のフォロワ４２が設けられている。フォロワ４２はガイド溝４０に係合している。Ｔ字形のフォロワ４２とＴ字形のガイド溝４０が係合することで、回転軸線方向においてフォロワ４２は、ガイド溝４０に拘束されている。
【００２８】
変調体２４の、変速プレート３６とは反対側には、当接プレート４４が配置されている。当接プレート４４は、変速プレート３６と一体に回転する。当接プレート４４は、変調子３２の回転軸線方向における変速プレート３６から離れる向きの動きを規制している。一方で、変調片３４が周方向に動けるように、当接プレート４４の変調片３４が接触する面には低摩擦部材、またはスラストベアリングが配置されている。
【００２９】
図５は、変調子３２が配列された円筒面による断面を示す図であり、全周の四分の１が示されている。図３のＳ−Ｓで示す円弧がこの断面の位置を示している。図５の（ａ）は、変調子３２の個数が１６個のとき、（ｂ）が２４個のときである。図を簡単にするためにガイド溝４０斜面で表されており、この斜面に沿って各変調片３４が移動する。
【００３０】
（ａ）においては、それぞれ１個の２種類の変調片３４ａ，３４ｂが結合されて１個の変調子３２Ａが形成されている。各変調子３２Ａの周方向の長さ（図において左右方向の寸法）は等しく、また隣り合う変調子３２Ａの間隔も変調子３２Ａの周方向の長さに等しい。変調片３４ａと変調片３４ｂの周方向の長さの比は２：１である。変調片３４ａ-1は、ガイド溝４０-1に対応して設けられ、ガイド溝４０-1に沿って移動可能である。また、変調片３４ｂ-1はガイド溝４０-2に、変調片３４ｂ-2はガイド溝４０-3 に沿って移動可能である。変調片３４ａ-2はガイド溝４０に対応しておらず、周方向に関して変速プレート３６に対して固定されている。この固定された変調片３４ａ-2を介して、変速プレート３６と当接プレート４４が一体化される。
【００３１】
変速プレート３６を変調体２４に向けて進出させると、ガイド溝４０に対応する変調片３４ａ-1，３４ｂ-1，３４ｂ-2は、ガイド溝４０を下るように移動し、よって周方向に移動する。変調片３４ａ-1，３４ｂ-1は分離し、変調片３４ａ-1は図において左方向に３．７５°、変調片３４ｂ-1は右方向に３．７５°移動する。変調片３４ｂ-2は、変調片３４ａ-3から分離し、左方向に７．５°移動する。変調片３４ｂ-1と変調片３４ｂ-2は、上記の移動によって結合して１個の変調子３２Ｂ-2を構成する。変調片３４ａ-1，３４ａ-3は、それぞれ独立の変調子３２Ｂ-1，３２Ｂ-3を構成する。この状態が（ｂ）に示されている。（ｂ）においても、各変調子３２Ｂの周方向の長さは等しく、隣り合う変調子の間隔もこれに等しい。また、（ｂ）の状態の各変調子３２Ｂの周方向の長さは、（ａ）の状態の各変調子３２Ａの長さの三分の２である。
【００３２】
（ｂ）の状態から変速プレート３６を変調体２４から退避させるように移動させると、各変調片３４は、上記と逆に移動して、（ａ）の状態になる。各変調子３２を（ｂ）の状態から（ａ）の状態に移動させるために移動する各変調片３４に対して、ばねなどの付勢部材が設けられている。また、当接プレート４４に周方向に延びるＴ字断面の溝を設け、変調片３４は、周方向に移動可能であるが回転軸線方向には移動しないようにすることにより、変調片３４が周方向に移動するようにしてもよい。
【００３３】
変速プレート３６は、流体圧シリンダ、電磁アクチュエータ等の駆動アクチュエータ（不図示）で直接的または間接的に駆動されて進退する。
【００３４】
図３の（ａ），（ｂ）の両方の状態において、上述した式（１）を満たしており、磁気歯車として機能する。（ａ）のように、変調子の個数を１６とした状態では、入力軸１２から出力軸１４の速度変換比（速度比）は、式（２）から、
（内側磁気歯車の極対数）／（変調子の数）＝４／１６＝０．２５０
となる。また、（ｂ）のように変調子の個数を２４とした状態では、速度変換比は、
４／２４＝０．１６７
となる。
【００３５】
図６，７は、速度変換機５０の要部を示す図である。速度変換機５０は、速度変換機１０に対して磁気波動歯車機構５６の構成、特に永久磁石および変調子の個数が異なる。速度変換機５０の構成要素には、対応する速度変換機１０の各構成要素の符号に４０を加えた符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
内側磁気歯車５８は、入力軸１２と共にまたは一体となって回転する。内側磁気歯車５８の永久磁石の個数は１０であり、極対数が５である。外側磁気歯車６２の永久磁石の個数は３０であり、極対数が１５である。変調子７２は、変調片７４ａ，７４ｂから構成されており、変調片７４ａ，７４ｂを分離および結合することで、変調子７２の個数を変更することができる。変調子７２の個数は１０と２０を取ることができる。
【００３７】
図７は、変調子３２の個数の変更について説明するための図である。変調子３２の個数が１０個の状態が（ａ）に、また２０個の状態が（ｂ）に示されている。また、これらの状態を区別する必要があるときには、個数が１０個の状態の変調子を符号７２Ａで示し、２０個の状態の変調子を符号７２Ｂで示す。
【００３８】
変調片７４ａ，７４ｂの周方向の寸法は等しい。変調子７２Ａは、１個の変調片７４ａと１個の変調片７４ｂによって構成される。変調片７４ｂを、図７の（ａ）に示す矢印のように周方向に移動させる。変調片７４ａは固定されている。結合して１個の変調子７２Ａを構成していた変調片７４ａ，７４ｂは、分離されてそれぞれが１個の変調子７２Ｂを構成する。したがって、変調子７２Ｂの個数は、変調子７４Ａの２倍となる。個々の変調子７２Ｂの周方向の長さは互いに等しく、また隣り合う変調子７２Ｂの間隔もこれに等しい。
【００３９】
変調片７４ｂの周方向移動は、速度変換機１０と同様に、ガイド溝付きの変速プレートによって達成される。変速プレートが進退することによりガイド溝の傾斜によって、変調片７４ｂが周方向に移動する。
【００４０】
図７の（ａ），（ｂ）の両方の状態において、上述した式（１）を満たしており、磁気歯車として機能する。（ａ）のように、変調子の個数を１０とした状態では、入力軸１２から出力軸１４の速度変換比（速度比）は、式（２）から、
（内側磁気歯車の極対数）／（変調子の数）＝５／１０＝０．５００
となる。また、（ｂ）のように変調子の個数を２０とした状態では、速度変換比は、
５／２０＝０．２５０
となる。
【００４１】
入力軸と出力軸が接続される磁気波動歯車機構の要素を上述の実施形態と入れ替えて、入力軸が変調体に、出力軸が内側磁気歯車に接続されてるようにしてもよい。また、内側磁気歯車を固定して、変調体と外側磁気歯車の一方に入力軸を、他方に出力軸を接続してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０，５０  速度変換機、１２  入力軸（第１伝達要素）、１４  出力軸（第２伝達要素）、１６，５６  磁気波動歯車機構、１８，５８  内側磁気歯車（第１磁気歯車）、２０  ケース、２２，６２  外側磁気歯車（第２磁気歯車）、２４  変調体、２６  変速機構、２８  内側永久磁石、３０  外側永久磁石、３２，３２Ａ，３２Ｂ，７２，７２Ａ，７２Ｂ  変調子、３４，３４ａ，３４ｂ，７４，７４ａ，７４ｂ  変調片、３６  変速プレート（変速部材）、３８  変速シャフト、４０  ガイド溝、４２  フォロワ、４４  当接プレート。
【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】
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