(57)【要約】【課題】対向ロータ機構において、動力伝達機構として使用する場合に、構造を過度に大型化することなく、入力側と出力側との間での速度比の設定の自由度を向上させることである。【解決手段】磁性材製の内側ロータ１２と、内側ロータ１２の径方向外側に内側ロータ１２と同心に配置された磁性材製の外側ロータ１４と、外側ロータ１４の径方向外側に設けられた磁石付ステータ１６とを備える。内側ロータ１２の一部外周面に、複数の内側歯要素３０を有する内歯２８を設ける。外側ロータ１４の一部で内歯２８と径方向に対向する部分に、複数の柱部３６を有する孔部付円筒部３２を設ける。内側歯要素３０の円周方向のピッチＰｉと、柱部３６の円周方向のピッチＰｏとを互いに異ならせる。磁石付ステータ１６の内周側の磁界強度の高い部分と低い部分とを、円周方向に関して交互に配置する。【選択図】図２
2009095173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内側形状変化部を有する、磁性材製の内側ロータと、
内側ロータの径方向外側に内側ロータと同心に配置されて、内周面に内側形状変化部と対向する外側形状変化部を有する磁性材製の外側ロータと、
外側ロータの径方向外側または内側ロータの径方向内側に設けられた磁界発生部と、を備え、
内側形状変化部は、外周面の形状を円周方向に関して等間隔複数個所で変化させており、
外側形状変化部は、内周面の形状を円周方向に関して等間隔複数個所で変化させており、
内側形状変化部の円周方向のピッチと、外側形状変化部の円周方向のピッチとを異ならせるとともに、磁界発生部の内周側または外周側の、磁界強度の大きい部分と小さい部分とを、磁界発生部の円周方向に関して交互に配置したことを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項２】
請求項１に記載の対向ロータ機構において、
内側形状変化部は、外周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向外側に突出する内側歯要素を有する内歯であり、
外側形状変化部は、円周方向に関する等間隔複数個所に径方向に貫通する孔部を有する孔部付円筒部であることを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項３】
請求項１に記載の対向ロータ機構において、
内側形状変化部は、外周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向外側に突出する内側歯要素を有する内歯であり、
外側形状変化部は、内周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向または軸方向に突出する外側歯要素を有する外歯であることを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の対向ロータ機構において、
内側ロータと外側ロータとのうち、一方のロータに結合された入力軸と、
内側ロータと外側ロータとのうち、他方のロータに結合された出力軸と、を備え、
磁気的動力伝達機構として使用することを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の対向ロータ機構において、
磁界発生部は、円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石付ステータであることを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の対向ロータ機構において、
磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータであることを特徴とする対向ロータ機構。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の対向ロータ機構において、
内側ロータと外側ロータとのうち、一方のロータに結合された第１軸と、
内側ロータと外側ロータとのうち、他方のロータに結合された第２軸と、を備え、
磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータであり、
出力変換機構として使用することを特徴とする対向ロータ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材製の内側ロータと、内側ロータの径方向外側に内側ロータと同心に配置された磁性材製の外側ロータと、内側ロータの径方向内側または外側ロータの径方向外側に設けられた磁界発生部とを備える対向ロータ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異なる軸心を有し、互いに対向する２個のマグネット回転体、または２個の磁石を備える対向ロータ機構が知られている。例えば、特許文献１には、多極に着磁された２個のマグネット回転体を、互いの外周面同士が間隙を存して、磁極同士を互いに異極による吸引磁力を持って対向せしめ、一のマグネット回転体の回動に追随して、他のマグネット回転体を順送りさせて回動伝達するようにした対向ロータ機構に対応する、駆動伝達機構が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、駆動側磁石と従動側磁石とを対向させる場合のエアギャップを埋めるようにヨークを置いた外接型または内接型の対向ロータ機構に対応する、動力伝達機構が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２６１４号公報
【特許文献２】特開平６−１９７５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載された従来構造の場合には、同心に配置した２個の磁石を備える構造で、２個の磁石の１個の極のピッチ、すなわち円周方向に関する間隔を、２個の磁石同士で異ならせることは考慮されていない。このため、特許文献１及び文献２に記載された従来構造の場合には、構造を大型化することなく、動力伝達機構として使用する場合の、入力側と出力側との間での速度比を大きくしたり、小さくする等の速度比の設定の自由度を向上させる面から改良の余地がある。例えば、特許文献１に記載された従来構造で、入力側と出力側との間での減速比を大きくするためには２個のマグネット回転体の一方のマグネット回転体の直径を他方のマグネット回転体の直径に対して大きくする、すなわち両回転体の半径差を大きくする必要がある。このため、構造が過度に大きくなる可能性がある。また、特許文献２に記載された従来構造の場合も、入力側と出力側との間での減速比を大きくするためには駆動側磁石と従動側磁石との一方の磁石の直径を大きくする必要がある。
【０００６】
また、特許文献１及び特許文献２に記載された従来構造の場合には、電力と動力との出力の少なくとも一部を変換可能な出力変換機構として使用することは考慮されていない。
【０００７】
本発明は、対向ロータ機構において、動力伝達機構として使用する場合に、構造を過度に大型化することなく、入力側と出力側との間での速度比の設定の自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る対向ロータ機構は、外周面に内側形状変化部を有する、磁性材製の内側ロータと、内側ロータの径方向外側に内側ロータと同心に配置されて、内周面に内側形状変化部と対向する外側形状変化部を有する磁性材製の外側ロータと、外側ロータの径方向外側または内側ロータの径方向内側に設けられた磁界発生部と、を備え、内側形状変化部は、外周面の形状を円周方向に関して等間隔複数個所で変化させており、外側形状変化部は、内周面の形状を円周方向に関して等間隔複数個所で変化させており、内側形状変化部の円周方向のピッチと、外側形状変化部の円周方向のピッチとを異ならせるとともに、磁界発生部の内周側または外周側の、磁界強度の大きい部分と小さい部分とを、磁界発生部の円周方向に関して交互に配置したことを特徴とする対向ロータ機構である。
【０００９】
また、好ましくは、内側形状変化部は、外周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向外側に突出する内側歯要素を有する内歯とし、外側形状変化部は、円周方向に関する等間隔複数個所に径方向に貫通する孔部を有する孔部付円筒部とする。
【００１０】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、内側形状変化部は、外周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向外側に突出する内側歯要素を有する内歯とし、外側形状変化部は、内周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向または軸方向に突出する外側歯要素を有する外歯とする。
【００１１】
また、より好ましくは、内側ロータと外側ロータとのうち、一方のロータに結合された入力軸と、内側ロータと外側ロータとのうち、他方のロータに結合された出力軸と、を備え、磁気的動力伝達機構として使用する。
【００１２】
また、より好ましくは、磁界発生部は、円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された磁石付ステータとする。
【００１３】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータである。
【００１４】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、内側ロータと外側ロータとのうち、一方のロータに結合された第１軸と、内側ロータと外側ロータとのうち、他方のロータに結合された第２軸と、を備え、磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータであり、出力変換機構として使用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る対向ロータ機構によれば、内側形状変化部の円周方向のピッチと、外側形状変化部の円周方向のピッチとを異ならせるとともに、磁界発生部の内周側または外周側の、磁界強度の大きい部分と小さい部分とを、磁界発生部の円周方向に関して交互に配置している。このため、動力伝達機構として使用する場合に、磁界発生部の内周側または外周側の磁界強度の大きい部分で、内側形状変化部と外側形状変化部とが最も大きな面積で径方向に近づくように対向し、かつ、磁界発生部の内周側または外周側の、磁界強度の小さい部分で、内側形状変化部と外側形状変化部とが最も離れるようにできるので、入力側と出力側とで速度差を設けることが可能になる。すなわち、磁束のパーミアンスと呼ばれる、磁束の流れやすさの良好な部分が、内側形状変化部と外側形状変化部とが最も近づく部分に対応して配置される。また、内側形状変化部と外側形状変化部との形状変化要素の数、例えば歯数の比に対応して、入力側と出力側とでの速度比を任意に設定することができる。しかも、構造を過度に大型化することがない。このため、動力伝達機構として使用する場合に、構造を過度に大型化することなく、入力側と出力側との間での速度比の設定の自由度を向上させることができる。また、入力側と出力側とで速度差を設けるための動力伝達部に、互いに接触する歯のかみ合い部を設けずに済み、機械的な損失を小さく抑えることができる。
【００１６】
また、磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータである構成によれば、コイルにより磁界を発生させるとともに、その磁界を回転させることが可能となる。このため、回転磁界の回転数を制御することにより、動力伝達機構として使用する場合に、入力側の回転数及び動力に対応して、出力側の回転数及び動力を調整することができる。
【００１７】
また、内側ロータと外側ロータとのうち、一方のロータに結合された第１軸と、内側ロータと外側ロータとのうち、他方のロータに結合された第２軸と、を備え、磁界発生部は、円周方向複数個所に互いに位相の異なる交流電流が流れるコイルが配置されたコイル付ステータであり、出力変換機構として使用する構成によれば、磁界発生部による回転磁界の回転数を制御することにより、第１軸と第２軸とのそれぞれの動力と、回転磁界を発生させる電力との出力相互間で、出力の少なくとも一部を変換することができる。例えば、電力を磁界発生部に供給することにより回転磁界を発生させることも、磁界発生部から電力を取り出すこともいずれも可能になり、その電力の供給量及び取り出し量を、第１軸と第２軸との回転状態を制御することにより調整することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図１３は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１は、本実施の形態の対向ロータ機構を備える動力伝達機構を構成する略断面図である。図２は、図１の拡大Ａ−Ａ略断面図である。図３は、図２の状態から、内側ロータの回転に伴って外側ロータが回転する状態を順に示す、図２に対応する図である。図４は、図３（ａ）の拡大図である。図５は、内側ロータの回転に伴って外側ロータが回転する状態を順に示す、図４のＢ部拡大図に対応する図である。図６は、図５（ａ）の拡大図である。図７は、図５（ｂ）の拡大図である。図８は、図５（ｃ）の拡大図である。図９は、図５（ｄ）の拡大図である。図１０は、図５（ｅ）の拡大図である。図１１は、図５（ｆ）の拡大図である。図１２は、図５（ｇ）の拡大図である。図１３は、図５（ｈ）の拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の対向ロータ機構１０は、動力伝達機構として使用するもので、内側ロータ１２と、外側ロータ１４と、略円筒状の磁界発生部である、磁石付ステータ１６と、入力軸１８と、出力軸２０とを備える。入力軸１８と出力軸２０とは同心、すなわち同軸上に配置されて、図示しない固定部分に軸受等により回転可能に支持されている。
【００２０】
また、内側ロータ１２は、円柱状または円筒状の磁性材製で、入力軸１８の一端部（図１の右端部）に結合固定されている。また、外側ロータ１４は、有底円筒状の磁性材製で、底部が出力軸２０の他端（図１の左端）に結合固定されている。また、外側ロータ１４の開口端である、他端部（図１の左端部）に、径方向内側に全周に亘り突出する内側つば部２２を設けている。内側つば部２２は省略することもできる。
【００２１】
また、内側ロータ１２の外周面の軸方向両端部と、外側ロータ１４の内周面の軸方向両端部との間に軸受２４を設けることにより、内側ロータ１２が、外側ロータ１４の径方向内側に外側ロータ１４と同心に、かつ、外側ロータ１４に対して回転可能に支持されている。すなわち、内側ロータ１２の径方向外側に、内側ロータ１２と同心に、外側ロータ１４が配置されている。
【００２２】
また、外側ロータ１４の外周面の軸方向両端部と、磁石付ステータ１６の内周面の軸方向両端部との間に軸受２６を設けることにより、外側ロータ１４が、磁石付ステータ１６の径方向内側に磁石付ステータ１６と同心に、かつ、磁石付ステータ１６に対して回転可能に支持されている。なお、内側ロータ１２と外側ロータ１４との間に設ける軸受２４、及び、外側ロータ１４と磁石付ステータ１６との間に設ける軸受２６は、それぞれ１個のみとすることもできる。また、磁石付ステータ１６は、固定部分である図示しないハウジングの内側に嵌合固定した状態で使用する。
【００２３】
また、内側ロータ１２は、軸方向中間部外周面に内側形状変化部である、内歯２８を有する。内歯２８は、外周面の円周方向に関する等間隔複数個所に径方向外側に突出する内側歯要素３０を有する。このため、内歯２８は、外周面の形状が円周方向に関して等間隔複数個所で変化している。
【００２４】
また、外側ロータ１４は、軸方向中間部に外側形状変化部である、孔部付円筒部３２を有する。孔部付円筒部３２は、円周方向に関する等間隔複数個所に径方向に貫通する孔部であるスリット３４を有する。スリット３４は、孔部付円筒部３２の軸方向に長い断面矩形状としている。このため、孔部付円筒部３２は、内周面の形状が円周方向に関して等間隔複数個所で変化している。すなわち、孔部付円筒部３２の円周方向等間隔複数個所にスリット３４が位置し、円周方向に隣り合うスリット３４の間部分が、孔部付円筒部３２の円周方向等間隔複数個所に位置する柱部３６（図２）となっている。そして、内側ロータ１２の外周面に設けた内歯２８と、外側ロータ１４に設けたスリット３４及び柱部３６とを、内側ロータ１２及び外側ロータ１４の径方向に対向させている。
【００２５】
また、図２に詳しく示すように、磁石付ステータ１６の径方向内側部分で、外側ロータ１４に設けたスリット３４及び柱部３６を形成した部分の外周面に対向する部分の円周方向等間隔複数個所である４個所に、永久磁石３８を配置している。永久磁石３８は、磁石付ステータ１６の径方向に着磁させ、その着磁方向を、円周方向に隣り合う永久磁石３８同士で異ならせている。このため、磁石付ステータ１６の内周面の円周方向等間隔４個所に、Ｎ極とＳ極とが円周方向に関して交互に配置される。この結果、磁石付ステータ１６の直径方向反対側２個所のＮ極から内周側に磁束が流出し、磁石付ステータ１６のＮ極と円周方向の位相が９０度異なる部分の２個所のＳ極に、内周側から磁束が流入する。したがって、磁石付ステータ１６の内周側の磁界強度の大きい部分と小さい部分とが、磁石付ステータ１６の円周方向に関して交互に配置される。図２では、一点鎖線αで囲んだ部分が磁界強度の大きい部分となり、図２の梨地で示す部分が磁界強度の小さい部分となる。
【００２６】
さらに、本実施の形態では、外側ロータ１４に設けた柱部３６の数ｍを、内側ロータ１２に設けた内側歯要素３０の数ｎよりも少なくしている（ｍ＜ｎ）。図示の例では、柱部３６の数ｍを２０個とし、内側歯要素３０の数ｎを２４個としている。そして、内側歯要素３０の円周方向に関する間隔である、円周方向のピッチＰｉを、柱部３６の円周方向のピッチＰｏよりも小さくして（Ｐｉ＜Ｐｏ）、互いのピッチＰｉ、Ｐｏを異ならせている。
【００２７】
なお、永久磁石３８は、図示のように、磁石付ステータ１６を構成する非磁性材製の円筒部４０の内周面に露出した状態で結合して、外側ロータ１４の外周面に対向させてもよく、また、円筒部４０に埋め込んで、円筒部４０の内径寄り部分の一部を介して、外側ロータ１４の外周面に対向させてもよい。
【００２８】
上述のような本実施の形態の対向ロータ機構１０によれば、入力軸１８と出力軸２０との間での動力を伝達する、動力伝達機構として使用する場合に、構造を過度に大型化することなく、入力軸１８と出力軸２０との間での速度比の設定の自由度を向上させることができる。
【００２９】
すなわち、図２に示すように、ピッチＰｉ、Ｐｏが異なる内側歯要素３０と柱部３６とをそれぞれ有する、内側ロータ１２と外側ロータ１４とを同心に配置し、内側歯要素３０を有する内歯２８と、柱部３６を有する孔部付円筒部３２とを径方向に対向させているため、各ロータ１２，１４の円周方向複数個所（図示の例では４個所）に、内側歯要素３０の外周部と柱部３６の内周部とが最も面積の大きい部分で径方向に対向する対向部分が位置するようになる。そして、各対向部分において、各ロータ１２，１４間で最も磁束が流れやすくなっている。
【００３０】
これに対して、各ロータ１２，１４の円周方向の位相に関して、各対向部分と４５度異なる部分では、柱部３６と内側歯要素３０とが径方向に対向しない非対向部分となっている。そして、各非対向部分において、各ロータ１２，１４間で最も磁束が流れにくくなっている。また、磁石付ステータ１６の各対向部分に対応する円周方向４個所に、永久磁石３８が配置されているため、入力軸１８を回転させることにより内側ロータ１２が回転すると、各柱部３６と各内側歯要素３０との最も近づく部分で、磁界強度が最も大きくなるように、外側ロータ１４は回転する。この場合の外側ロータ１４の回転速度は、内側ロータ１２の回転速度に対して高くなる。具体的には、柱部３６が２０個であり、内側歯要素３０が２４個である図示の例の場合には、柱部３６と内側歯要素３０との比の逆数である、１．２を内側ロータ１２の回転速度に乗じた大きさの高い速度で、外側ロータ１４が回転する。すなわち、内側ロータ１２が回転すると磁界強度の大きな部分に磁束が最も流れやすくなるようにしながら、外側ロータ１４が回転する。
【００３１】
すなわち、磁界強度の大きな部分で、常に両方のロータ１２，１４が最も接近した状態となっている。より具体的には、内側ロータ１２と外側ロータ１４との回転速度または回転数の比は、内側歯要素３０の数ｎと柱部３６の数ｍとの逆数の比と等しくなる。図示の例では、内側歯要素３０が２４個であり、柱部３６が２０個であるので、ｎ＝２４、ｍ＝２０となり、内側ロータ１２の回転数ωnと外側ロータ１４の回転数ωmとの比は、ωn：ωm＝１／２４：１／２０＝５：６となる。このため、柱部３６の数ｍが少ない外側ロータ１４は、内側歯要素３０の数ｎが多い内側ロータ１２に対して、１．２倍の回転数で回転する。
【００３２】
図３から図１３はこれをより詳しく示している。まず、図３に示すように、内側ロータ１２が（ａ）の状態から矢印β方向に回転すると、外側ロータ１４がこれに伴って矢印γ方向に回転し、（ａ）から（ｈ）の状態に移行し、再び（ａ）の状態となる。すなわち、図３（ａ）の拡大図である、図４のＢ部を拡大したものを図５（ａ）に示している。そして、図５（ａ）に示す状態から、矢印β方向に回転することに伴って、外側ロータ１４が矢印γ方向に回転し、（ａ）から（ｈ）の状態に移行し、再び（ａ）の状態となる。図５（ａ）から（ｈ）は、それぞれ図３（ａ）から（ｈ）に対応する。また、図３から図５、及び、後述する図６から図１３において、斜線部は、永久磁石３８に基づいて磁石付ステータ１６の内周側で円周方向に関して最も磁界強度が高くなる部分に対応する部分を表している。
【００３３】
次に、図５（ａ）から（ｈ）の拡大図である、図６から図１３において、内側ロータ１２の円周方向に隣り合う２個の内側歯要素３０をＱ１、Ｑ２とし、外側ロータ１４の円周方向に隣り合う２個の柱部３６をＲ１、Ｒ２として、内側ロータ１２及び外側ロータ１４の回転状態を説明する。図６では、内側歯要素Ｑ１と柱部Ｒ１とが、磁界強度の大きい部分のほぼ中央に位置し、内側歯要素Ｑ１の外周部の全面が柱部Ｒ１の内周部に径方向に対向している。そして、図７、図８に示すように、内側ロータ１２の回転に伴って、外側ロータ１４が回転するが、この場合には、柱部Ｒ１が磁界強度の大きい部分から徐々に外れ、逆に柱部Ｒ１の回転方向後側に隣り合う、柱部Ｒ２が磁界強度の大きい部分に徐々に近づく。このため、柱部Ｒ２は、対向する内側歯要素Ｑ２よりも早く磁界強度の大きい部分に近づくように、永久磁石３８により、図７、図８に矢印δで示す方向に磁気的に引っ張られる。次いで、図９から図１２に示すように、柱部Ｒ２は、対向する内側歯要素Ｑ２よりも早く磁界強度の大きい部分に近づくように、永久磁石３８により、図９から図１２に矢印δで示す方向にさらに引っ張られ、図１３に示す状態となる。図１３に示す状態からは、図６に示す状態に戻るが、この場合には、図１３の柱部Ｒ２と内側歯要素Ｑ２とは、図６の柱部Ｒ１及び内側歯要素Ｑ１の位置に移動した状態となる。このようにして外側ロータ１４は内側ロータ１２よりも高い速度で回転する。また、内側ロータ１２の１／４回転で、外側ロータ１４の柱部３６は内側ロータ１２の内側歯要素３０に対して１個分回転方向前側にずれる。すなわち、内側ロータ１２が１回転するのに、外側ロータ１４は、内側歯要素３０の数ｎと柱部３６の数ｍとの差（ｎ−ｍ）に対応する分だけ、早く回転する。この結果、柱部３６の数ｍと内側歯要素３０の数ｎとの比ｍ／ｎの逆数１．２（＝２４／２０）を、内側ロータ１２の回転速度に乗じた大きさの、高い回転数で、外側ロータ１４が回転する。
【００３４】
このような本実施の形態の対向ロータ機構１０によれば、内歯２８を構成する内側歯要素３０の円周方向のピッチＰｉと、孔部付円筒部３２を構成する柱部３６の円周方向のピッチＰｏとを異ならせるとともに、磁石付ステータ１６の内周側の、磁界強度の大きい部分と小さい部分とを、磁石付ステータ１６の円周方向に関して交互に配置している。このため、動力伝達機構として使用する場合に、磁石付ステータ１６の内周側の磁界強度の大きい部分で、内側歯要素３０と柱部３６とが最も大きな面積で径方向に近づくように対向し、かつ、磁石付ステータ１６の内周側の磁界強度の小さい部分で、内側歯要素３０と柱部３６とが最も離れるようにできる。したがって、入力軸１８と出力軸２０とで速度差を設けることが可能になる。すなわち、磁束のパーミアンスと呼ばれる、磁束の流れやすさの良好な部分が、内側歯要素３０と柱部３６とが最も近づく部分に対応して配置される。
【００３５】
また、内側歯要素３０と柱部３６との数の比ｎ／ｍに対応して、入力軸１８と出力軸２０とでの速度比を任意に設定することができる。しかも、対向ロータ機構１０の構造を過度に大型化することがない。このため、動力伝達機構として使用する場合に、構造を過度に大型化することなく、入力軸１８と出力軸２０との間での速度比の設定の自由度を向上させることができる。また、入力軸１８側と出力軸２０側とで速度差を設けるための動力伝達部に、互いに接触する歯のかみ合い部を設けずに済み、機械的な損失を小さく抑えることができる。また、内側ロータ１２及び外側ロータ１４に永久磁石３８を配置する必要がなくなる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、磁石付ステータ１６を固定状態としているが、磁石付ステータ１６に図示しない別の回転軸を結合固定する等により、磁石付ステータ１６を回転可能とすることもできる。
【００３７】
［第２の発明の実施の形態］
図１４は、本発明に係る第２の実施の形態の対向ロータ機構において、図２に対応する略断面図である。上記の図２に示した第１の実施の形態では、内側ロータ１２の外周面に設けた内歯２８を構成する内側歯要素３０の数ｎを、外側ロータ１４に設けた孔部付円筒部３２を構成する柱部３６の数ｍよりも多くしていた（ｎ＞ｍ）。これに対して、本実施の形態の対向ロータ機構１０ａでは、内側ロータ１２の外周面に設けた内歯２８を構成する内側歯要素３０の数ｎを、外側ロータ１４に設けた孔部付円筒部３２を構成する柱部３６の数ｍよりも少なくしている（ｎ＜ｍ）。図示の例では、内側歯要素３０の数ｎを２０個とし、柱部３６の数ｍを２４個としている。この場合には、内側ロータ１２が回転しても、磁石付ステータ１６の内周側の最も磁界強度が大きい部分に位置する柱部３６に対して、回転方向前側に隣り合う柱部３６も永久磁石３８の磁力により、回転方向後側に磁気的に引っ張られる。このため、外側ロータ１４の回転速度は、内側ロータ１２の回転速度に対して小さくなる。また、この場合に、柱部３６の数ｍと内側歯要素３０の数ｎとの比の逆数ｎ／ｍである、１／１．２（＝２０／２４）を、内側ロータ１２の回転速度に乗じた大きさの低い回転数で、外側ロータ１４が回転する。その他の構成及び作用については、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００３８】
［第３の発明の実施の形態］
図１５は、本発明に係る第３の実施の形態の対向ロータ機構において、図２に対応する略断面図である。図１６は、第３の実施の形態の対向ロータ機構において、外側ロータ１４、内側ロータ１２、回転磁界のそれぞれの回転速度の関係を示す共線図である。
【００３９】
本実施の形態の場合の対向ロータ機構１０ｂの場合には、上記の図１から図１３に示した第１の実施の形態において、外側ロータ１４の径方向外側に、磁石付ステータ１６を設けず、その代わりに、外側ロータ１４の径方向外側に、磁界発生部である、コイル付ステータ４２を設けている。コイル付ステータ４２は、全体を略円筒状として、図示しないハウジングの内側に嵌合固定している。
【００４０】
コイル付ステータ４２は、三相巻線分布巻き型のモータを構成するステータと同様の構成を有するもので、円周方向複数個所に、互いに位相の異なる交流電流が流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線である、コイル４４を配置している。コイル付ステータ４２は、内周面の円周方向等間隔複数個所（図示の例では１２個所）にスロット４６を有し、円周方向に関して２個置きのスロット４６に掛け渡すように、同じ相のコイル４４を巻回している。また、各相のコイル４４は、図示しないインバータにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のアームの中点に接続している。各相のアームは、直列接続したＩＧＢＴ、トランジスタ等の２個ずつのスイッチング素子を備える。また、インバータは直流電源に接続している。また、インバータは、制御部に接続しており、制御部は、インバータのスイッチング素子を制御するための信号を生成し、インバータに出力する。
【００４１】
このようなコイル付ステータ４２は、インバータからの三相交流電流により、磁界を発生させることができ、内周側の磁界強度の大きい部分である高磁束密度部分（図１５の斜線で示す部分）を、円周方向等間隔複数個所（図示の例では４個所）の任意の位置に配置することができる。また、高磁束密度部分をコイル付ステータ４２の円周方向に回転させる、すなわち回転磁界を生じさせることもできる。また、制御部により、インバータを制御して、コイル付ステータ４２の内周側に生じる、回転磁界の回転数を制御することもできる。なお、図示の例では、コイル４４をコイル付ステータ４２に分布巻きで配置しているが、集中巻きでコイル４４を配置することもできる。
【００４２】
上記のような本実施の形態の対向ロータ機構１０ｂによれば、コイル４４により磁界を発生させるとともに、その磁界強度の大きい部分を回転させる、すなわち回転磁界を生じさせることが可能となる。このため、回転磁界の回転数を制御することにより、動力伝達機構として使用する場合に、入力軸１８（図１参照）の回転数及び動力に対応して、出力軸２０（図１参照）の回転数及び動力を調整することができる。
【００４３】
このような本実施の形態の対向ロータ機構１０ｂの作用を、図１６を参照しつつ詳しく説明する。図１６では、縦軸が回転速度を表しており、０を境界として、上側が同方向の一方向に回転する場合を、下側が同方向の他方向に回転する場合を、それぞれ表している。なお、図１６の説明において、図１５と同じ要素には同じ符号を付して説明する。
【００４４】
図１６で示すように、内側ロータ１２及び外側ロータ１４と回転磁界との回転速度は、内側ロータ１２の内側歯要素３０と、外側ロータ１４の柱部３６との数で決定される直線上に位置する。例えば、柱部３６の数をｍとし、内側歯要素３０の数をｎとする。また、外側ロータ１４の回転数及びトルクをそれぞれωm、Ｔmとし、内側ロータ１２の回転数及びトルクをそれぞれωn、Ｔnとし、回転磁界の回転数をωeとする。この場合、回転数について次式が成立する。
ｎωn＝ｍωm＋（ｎ−ｍ）ωe  ・・・（１）
【００４５】
また、同じ場合で、外側ロータ１４及び内側ロータ１２のトルクについて、次の（２）式が成立する。
Ｔn／ｎ＝Ｔm／ｍ  ・・・（２）
【００４６】
ここで、回転磁界の回転数ωeが０である場合には、（１）式から、
ｎωn＝ｍωm  ・・・（３）
が成立する。このため、回転数ωeが０である場合には、上記の各実施の形態と同様に、対向ロータ機構１０ｂが、柱部３６の数ｍと、内側歯要素３０の数ｎとの比に応じて、入力軸１８の回転数に対して出力軸２０の回転数の比が定まる、動力伝達機構として動作することが分かる。
【００４７】
また、（１）式、（２）式の右辺と左辺とのそれぞれの積をとると、
Ｔnωn＝Ｔmωm＋（ｎ−ｍ）（Ｔmωe）／ｍ  ・・・（４）
が成立する。
【００４８】
（４）式は、左辺が内側ロータ１２の出力、右辺の第１項が外側ロータ１４の出力にそれぞれ対応するものであり、右辺の第２項は磁界の回転による出力に対応するものである。入力側である、Ｔn及びωnと、回転磁界側である、（ｎ−ｍ）（Ｔmωe）／ｍとは、予め制御可能となるため、（１）式及び（４）式から、内側ロータ１２及び外側ロータ１４の速度の関係を制御するとともに、内側ロータ１２から外側ロータ１４への伝達動力の大きさ、すなわち入力軸１８と出力軸２０との間での伝達動力の大きさを制御することも可能になることが分かる。したがって、本実施の形態において、回転磁界の回転数ωeを制御することにより、動力伝達機構として使用する場合に、入力軸１８（図１参照）の回転数及び動力に対応して、出力軸２０（図１参照）の回転数及び動力を調整することができる。
【００４９】
また、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、磁石付ステータ１６（図１）を回転させる場合に、回転方向の慣性に対応して重量がある磁石付ステータ１６を動かすための動力が必要になるのに対して、本実施の形態では、コイル付ステータ４２を固定したままで、磁界を回転させることができる。このため、消費エネルギを小さくできる。
【００５０】
また、例えば、コイル付ステータ４２の内周面の複数のスロット４６（図１５）のうちの円周方向等間隔４個所、それぞれ２個ずつ合計８個所のスロット４６のみにコイル４４を巻回した状態で、コイル４４に一定の大きさの電流を流す等により、磁界強度の大きい部分が回転しないようにすることもできる。
【００５１】
また、本実施の形態では、外側ロータ１４に結合した出力軸２０を、内側ロータ１２に結合した入力軸１８の回転速度に対する決められた速度比、例えば減速比の回転速度で回転させることができるとともに、連続的に速度比、例えば減速比を変化させることもできる。その他の構成及び作用については、上記の図１から図１３に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
【００５２】
［第４の発明の実施の形態］
また、内側ロータに設ける内側形状変化部、及び、外側ロータに設ける外側形状変化部の構造は、上記の各実施の形態のような、内歯２８及び孔部付円筒部３２の構造に限定するものではない。例えば、図１７は、本発明に係る第４の実施の形態において、図１に対応する図である。図１７に示すように、外側ロータ１４に櫛歯状筒部４８を設けるとともに、櫛歯状筒部４８の円周方向等間隔複数個所（例えば２０個所）に軸方向の切り込み５０を設けることにより、軸方向に突出する複数（例えば２０個）の外側歯要素５２を有する外歯５４を構成することもできる。この場合には、外歯５４が外側形状変化部に対応する。その他の構成及び作用は、上記の図１から図１３に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００５３】
［第５の発明の実施の形態］
また、図１８は、本発明に係る第５の実施の形態において、図６に対応する図である。図１８に示すように、外側ロータ１４に円筒部５６を設けるとともに、円筒部５６の内周面の円周方向等間隔複数個所（例えば２０個所）に、径方向に突出する外側歯要素５８を有する外歯６０を構成することもできる。この場合には、外歯６０が外側形状変化部に対応する。その他の構成及び作用は、上記の図１から図１３に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符合を付して、重複する説明は省略する。
【００５４】
なお、上記の各実施の形態では、図１等に示すように、内側ロータ１２に入力軸１８を結合し、外側ロータ１４に出力軸２０を結合しているが、内側ロータ１２に出力軸を結合し、外側ロータ１４に入力軸を結合することもできる。また、磁界発生部である磁石付ステータ１６またはコイル付ステータ４２（図１５）は、内側ロータ１２を円筒状として、その内側ロータ１２の径方向内側に配置するようにすることもできる。
【００５５】
また、上記の図１５から図１６に示した第３の実施の形態では、対向ロータ機構１０ｂを動力伝達機構として使用する場合を説明したが、第３の実施の形態の対向ロータ機構と同様の構成を用いて、入力軸１８（図１参照）を、内側ロータ１２に結合された第１軸とし、出力軸２０（図１参照）を、外側ロータ１４に結合された第２軸とし、対向ロータ機構１０ｂを、出力変換機構として使用することもできる。
【００５６】
出力変換機構は、例えば、第１軸と第２軸との一方の軸から付与される動力と、回転磁界を生じさせる電力との出力相互間で、少なくとも一部の出力を変換する出力変換機構として使用する。このような第３の実施の形態を出力変換機構として使用する構成によれば、磁界発生部であるコイル付ステータ４２（図１５）による回転磁界の回転数を制御することにより、第１軸と第２軸とのそれぞれの動力と、回転磁界を発生させる電力との出力相互間で、出力の少なくとも一部を変換することができる。例えば、コイル付ステータ４２に電力を供給することにより回転磁界を発生させることが可能になるだけでなく、コイル付ステータ４２から電力を取り出すことも可能になり、その電力の供給量及び取り出し量を、第１軸と第２軸との回転状態を制御することにより調整することが可能になる。また、電力を取り出すことができるように構成することにより、その電力により別の軸をモータ等を介して回転駆動することもできる。
【００５７】
また、図３に示した構成と同様の構成を用いて、対向ロータ機構１０ｂをシンクロナスリラクタンスモータのように動作させ、内側ロータ１２に結合された第１軸を、第２軸の回転速度に対する、ある速度比の回転速度で回転させるようにすることもできる。
【００５８】
なお、上記の各実施の形態において、内側歯要素３０の数は２４個または２０個とし、柱部３６の数は２０個または２４個としているが、本発明はこのような数の組み合わせに限定するものではなく、種々の数の組み合わせを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の対向ロータ機構を備える動力伝達機構を構成する略断面図である。
【図２】図１の拡大Ａ−Ａ略断面図である。
【図３】図２の状態から、内側ロータの回転に伴って外側ロータが回転する状態を順に示す、図２に対応する図である。
【図４】図３（ａ）の拡大図である。
【図５】内側ロータの回転に伴って外側ロータが回転する状態を順に示す、図４のＢ部拡大図に対応する図である。
【図６】図５（ａ）の拡大図である。
【図７】図５（ｂ）の拡大図である。
【図８】図５（ｃ）の拡大図である。
【図９】図５（ｄ）の拡大図である。
【図１０】図５（ｅ）の拡大図である。
【図１１】図５（ｆ）の拡大図である。
【図１２】図５（ｇ）の拡大図である。
【図１３】図５（ｈ）の拡大図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の対向ロータ機構において、図２に対応する略断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態の対向ロータ機構において、図２に対応する略断面図である。
【図１６】第３の実施の形態の対向ロータ機構において、外側ロータ、内側ロータ、回転磁界のそれぞれの回転速度の関係を示す共線図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態において、図１に対応する図である
【図１８】本発明の第５の実施の形態において、図６に対応する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，１０ａ，１０ｂ  対向ロータ機構、１２  内側ロータ、１４  外側ロータ、１６  磁石付ステータ、１８  入力軸、２０  出力軸、２２  内側つば部、２４，２６  軸受、２８  内歯、３０  内側歯要素、３２  孔部付円筒部、３４  スリット、３６  柱部、３８  永久磁石、４０  円筒部、４２  コイル付ステータ、４４  コイル、４６  スロット、４８  櫛歯状筒部、５０  切り込み、５２  外側歯要素、５４  外歯、５６  円筒部、５８  外側歯要素、６０  外歯。
【図１】
2009095173.tif 000003
【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】
2009095173.tif 000009
【図８】
2009095173.tif 000010
【図９】
2009095173.tif 000011
【図１０】
2009095173.tif 000012
【図１１】
2009095173.tif 000013
【図１２】
2009095173.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2009095173.tif 000016
【図１５】
2009095173.tif 000017
【図１６】
2009095173.tif 000018
【図１７】
2009095173.tif 000019
【図１８】
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