磁気ギア装置
【課題】故障を防止し、磁石からなる可動子の移動に要する力を軽減させる磁気ギア装置を提供する。
【解決手段】特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する内側ロータ１と外側ロータ２とを備える磁気ギア装置において、内側ロータ１と間隙を有して対向し、強磁性部が内側ロータ１と対向する一面に配置された内側磁性体コラム４及び外側ロータ２と間隙を有して対向し、強磁性部が外側ロータ２と対向する一面に配置された外側磁性体コラム３を備え、外側磁性体コラム３の一面及び内側磁性体コラム４の一面に、強磁性部と強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されている。
【解決手段】特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する内側ロータ１と外側ロータ２とを備える磁気ギア装置において、内側ロータ１と間隙を有して対向し、強磁性部が内側ロータ１と対向する一面に配置された内側磁性体コラム４及び外側ロータ２と間隙を有して対向し、強磁性部が外側ロータ２と対向する一面に配置された外側磁性体コラム３を備え、外側磁性体コラム３の一面及び内側磁性体コラム４の一面に、強磁性部と強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの可動子を２つのヨークの間に設けた磁気ギア装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩耗が無く、動作時に騒音が少ないギア装置として磁気ギア装置がある。回転円筒型の磁気ギア装置は、外側ロータ及び外側ロータの円筒内に設けられた内側ロータを備え、外側ロータ及び内側ロータは、内側ロータの外周面及び外側ロータの内周面の各々の円周方向に、Ｎ極及びＳ極を一対とした磁極対が略等間隔で配置してある。
【０００３】
このような磁気ギア装置には、内側ロータ及び外側ロータの磁極対により生じる磁力を軟磁性体からなる特定の箇所に集中させることによって、ロータ間の伝達トルクを大きくする、又はロータの回転方向を変えることを目的とした中間ヨークが外側ロータと内側ロータとの間に設けられることがある（非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００４】
外側ロータが円周方向に回転した場合、外側ロータ及び内側ロータの磁極対間の磁気的相互作用により、円周方向に内側ロータが回転する。
【０００５】
内部及び外部の永久磁石の間に凹凸を備える鉄製の中間ヨークが設けられている磁気駆動装置が、特許文献１に記載されている。ここで、磁気駆動装置の性能を高めるためには、ヨークは可能な限り磁石から発せられた磁束を有効に活用することが望ましい。従って、凸部はできる限り永久磁石に近づけ、凹部はできる限り軟磁性体の厚さが薄くなるようにし凹部を通過する磁束を抑える構成とする。
【０００６】
一方、ヨークは内部及び外部の永久磁石の内側又は外側に備える構成とすることもできる。特許文献２には軟磁性体からなり、外側の永久磁石のさらに外部に外側の永久磁石と対向する面に複数の凹部及び凸部を備えるヨークが設けられ、内部の永久磁石、軟磁性体のヨーク及びシャフトが一体となっている磁気駆動装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２６４８３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１９１６２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｋ．Ａｔａｌｌａｈ、「Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｇｅａｒ」、ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、英国、２００４年３月、１５１巻、２号、１３５−１４３項
【非特許文献２】池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４項
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に係る磁気駆動装置は凹部における中間ヨークを薄くすると中間ヨークの強度が落ち、故障の原因となるという問題がある。また、特許文献２に係る磁気駆動装置は、内部の永久磁石、軟磁性体及びシャフトが一体となって回転するので、磁石部分とは異なる部分まで回転し、回転部分の質量が増し、回転モーメントが大きくなるために急速な加減速が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、故障を防止し、磁石からなる可動子の移動に要する力を軽減させる磁気ギア装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る磁気ギア装置は、特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する第１可動子と第２可動子とを備える磁気ギア装置において、前記第１可動子と間隙を有して対向し、強磁性部が前記第１可動子と対向する一面に配置された第１磁性部及び前記第２可動子と間隙を有して対向し、前記強磁性部が前記第２可動子と対向する一面に配置された第２磁性部を備え、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に、強磁性部と該強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記弱磁性部は軟磁性体に溝又は中空を形成することにより前記強磁性部より磁性を弱くしてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部は前記第１可動子及び第２可動子を介して対向するよう構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部及び第２磁性部は移動可能であり、前記第１磁性部及び第２磁性部の強磁性部が対向したまま前記特定の方向に移動するよう構成してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子又は第２可動子は固定可能にしてあることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、前記第１可動子及び第２可動子の一面には、円周方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、円周方向に沿って前記複数の強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円板形であり、前記第１可動子及び第２可動子の一面には、各々放射状に複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、放射状に複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は移動する方向を同じくする板状であり、前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿った複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の数は、前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差であることを特徴とする
【００２１】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の所定の単位長さあたりの数は、該所定の単位長さあたりにおける前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る磁気ギア装置によれば、２つの可動子と、２つの可動子の外部に設けられた２つの磁性部とが各々分離されており、２つの磁性部は可動子と対向する面に軟磁性体からなる強磁性部と軟磁性体より弱い磁性を示す弱磁性部とが複数配置されているので、故障を防止し、２つの可動子を効率良く移動させることができる。
【００２３】
なお、本発明において、強磁性部とは、軟磁性体が磁石に接近しており、磁石と軟磁性体の磁気抵抗が低くなるようにした部分であり、一方、弱磁性部とは、凹部を形成し、又は空洞やスリットを設けることで、前記強磁性部より相対的に磁気抵抗が高くなるようにした部分である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的組立図である。
【図２】第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的断面図である。
【図３】磁気ギア装置の磁束の流れについての説明図である。
【図４】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図５】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図６】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図７】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図８】第２の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図９】第３の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１の実施の形態
以下、本実施の形態に係る磁気ギア装置について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は回転円筒型である。図１及び図２は第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的組立図及び模式的断面図である。
【００２６】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、円周方向に沿ってＮ極の磁石及びＳ極の磁石１ａ及び１ｂからなる磁極対が６個配置された円筒形の可動子である内側ロータ１を備える。これらの磁石は径方向に着磁されており、内周面及び外周面で互いに磁極が異なる。即ち磁石１ａを構成する部分は、外周面側がＮ極に内周面側がＳ極に着磁されており、磁石１ｂは外周面側がＳ極に内周面側がＮ極に着磁されている。
【００２７】
内側ロータ１の外周には、円筒形で内部の空洞に内側ロータ１が間隙を有して嵌る可動子である外側ロータ２が設けられている。外側ロータ２は厚さ方向に着磁され、内周面及び外周面で互いに磁極が異なる磁石２ａ及び２ｂの磁極対が円周方向に沿って１４個配置されている。
【００２８】
次に、外側ロータ２の外周には、同じく円筒形で内部の空洞に外側ロータ２が間隙を有して嵌るよう構成された外側磁性体コラム３が設けられている。外側磁性体コラム３は内側ロータ１及び外側ロータ２が回転しているか否かによらず、回転しないように固定されている。外側磁性体コラム３はケイ素鋼板製であり、２０個の凸部３ａ及び凹部３ｂが略等間隔で円周方向に設けられている。
【００２９】
内側ロータ１の内周には、円柱形で内側ロータ１の内部に間隙を有して嵌るよう構成された内側磁性体コラム４が設けられている。内側磁性体コラム４も外側磁性体コラム３と同様にケイ素鋼板製であり、外周面に２０個の凸部４ａ及び断面略コの字型の溝が形成された凹部４ｂが各々略等間隔で円周方向に設けられている。内側磁性体コラム４も外側磁性体コラム３と同様に、回転しないように固定されている。
【００３０】
外側ロータ２が回転した場合、内側ロータ１の磁石１ａ、１ｂ及び外側ロータ２の磁石２ａ、２ｂの磁気的相互作用により、内側ロータ１が回転する。この場合、外側ロータ２よりも磁極対の少ない内側ロータ１は、外側ロータ２よりも高い回転数で、外側ロータ２の回転方向と逆方向に回転する。
【００３１】
内側ロータ１及び外側ロータ２のギア比は、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が備える磁極対の個数によって定まる。本実施の形態に係る内側ロータ１は磁極対が６個であり、外側ロータ２は磁極対が１４個であるのでギア比は３／７である。従って外側ロータ２が時計回りに１回転すると、内側ロータ１は反時計回りに７／３回転する。
【００３２】
また、内側磁性体コラム４と外側磁性体コラム３の各々の凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂは内側ロータ１及び外側ロータ２を挟んで対向するように配置されている。図３は磁気ギア装置の磁束の流れについての説明図である。内側ロータ１及び外側ロータ２の磁極により、磁束が発生する。この磁束は、内側ロータ１の一の磁石１ａ、外側ロータ２の一の磁石２ａ、外側磁性体コラム３の一の凸部３ａ、外側磁性体コラム３の他の凸部３ａ、外側ロータ２の他の磁石２ｂ、内側ロータ１の他の磁石１ｂ、内側磁性体コラム４の一の凸部４ａ、内側磁性体コラム４の他の凸部４ａを経て内側ロータ１の一の磁石１ａに戻り、磁路が形成される。
【００３３】
ここで、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４における強磁性部である凸部３ａ、４ａと弱磁性部である凹部３ｂ、４ｂとの磁気抵抗の差は大きいほど望ましい。磁気抵抗が大きいと磁束は強磁性部を選択的に通過するので、内側ロータ１および外側ロータ２の磁極から発せられた磁束を有効に利用でき極めて伝達効率の良い磁気ギアを構成することができる。
【００３４】
内側ロータ１と外側ロータ２とを挟むように外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の凸部同士、凹部同士を対向させると、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の強磁性部と弱磁性部の磁気抵抗差をより大きくすることができる。
【００３５】
外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は軟磁性体であるケイ素鋼板で構成されているので、磁極対と距離が近い凸部３ａ及び４ａはポールピースとしての機能を果たし、凸部３ａ及び４ａに磁束が集中する。この際、磁路は他の磁路の影響をなるべく受けないことが望ましい。従って内側磁性体コラム４の凸部４ａと外側磁性体コラム３の凸部３ａとが対向するように構成する。
【００３６】
続いて、外側磁性体コラム３の内周面及び内側磁性体コラム４の外周面における凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂの個数を２０個とする理由について説明する。
【００３７】
内側ロータ１及び外側ロータ２が回転すると、回転に伴って交番磁界が径方向に発生する。内側ロータ１の磁極対がＰｈ個、外側ロータ２の磁極対がＰｌ個、ポールピースの個数がＮｓ個とすると、交番磁界は主にＰｈ次、（Ｎｓ−Ｐｈ）次及び（Ｎｓ＋Ｐｈ）次成分が存在することが公知になっている（非特許文献２）。
【００３８】
これら３つの高調波成分を含む交番磁界に同期する場合が、内側ロータ１及び外側ロータ２間の伝達トルクが最大になる場合である。その場合とは、例えば内側磁性体コラム４の外周面の凸部４ａ及び凹部４ｂの個数を（Ｐｌ＋Ｐｈ）又は（Ｐｌ―Ｐｈ）とした場合である。従って、本実施の形態では、内側ロータ１及び外側ロータ２間の伝達トルクを最大にするために、外側磁性体コラム３の内周面の凸部３ａ及び凹部３ｂ並びに内側磁性体コラム４の外周面の凸部４ａ及び凹部４ｂの個数を、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が有する磁極対の和である２０個とする。なお、凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂの個数は、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００３９】
なお、磁力が大きく減衰しないために、内側磁性体コラム４と内側ロータ１との間隙、内側ロータ１と外側ロータ２との間隙及び外側ロータ２と外側磁性体コラム３との間隙は、十分小さくなるよう構成されている。
【００４０】
本実施の形態では、磁極対を径方向に着磁された２つの磁石で構成したが、この構成に限定されない。１つの磁石を円周に沿ってＮ極、Ｓ極の順で径方向に着磁し、１つの磁極対としてもよい。また公知のラジアル異方性配向を有するリング磁石を径方向にＮ極及びＳ極で着磁しても良い。
【００４１】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４を回転させることによって、内側ロータ１に対する外側ロータ２の相対的な回転速度を変更するようにしてもよい。外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は、互いの凸部である３ａ及び４ａが対向し、凹部である３ｂ及び４ｂが対向するよう、同じ方向に同じ数の回転をする。例えば内側ロータ１が時計回りに１回転する間に、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４を共に時計回りに１／３回転させる場合、内側ロータ１は外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４との相対的な関係では２／３回転しかしていない。従って外側ロータ２は反時計回りに７／３×２／３＝１４／９回転する。
【００４２】
このように外側ロータ２の回転速度を調節することにより、内側ロータ１に対する外側ロータ２の相対的な回転速度を変更することができる。
【００４３】
また、外側ロータ２を固定し、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の回転に伴って内側ロータ１が回転してもよい。この場合、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４が時計回りに１回転した場合、内側ロータ１が時計回りに１＋７／３＝１０／３回転する。
【００４４】
内側ロータ１を固定し、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の回転に伴って外側ロータ２が回転してもよい。この場合、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４が時計回りに１０／３回転した場合、外側ロータ２が、時計回りに１０／３−１＝７／３回転する。
【００４５】
本実施の形態に係る外側磁性体コラム３の凸部３ａ及び凹部３ｂは前述した構成に限らない。図４から図７は外側磁性体コラム３の内周面について示した模式図である。例えば凹３ｂ部の溝は断面が略コの字型に限らず図４Ａに示すようにＶ字型の溝が形成されていてもよく、図４Ｂに示すようにＵ字型の溝が形成されていてもよい。
【００４６】
図５Ｃに示すように、外側磁性体コラム３の内周面の形状は凹部３ｂをなくし、内部に略等間隔に中空部３ｃを設けてもよい。中空部３ｃは図５Ｄに示すように、径方向に２重に設けてもよく、３重以上であってもよい。中空部３ｃを２重以上に設けた場合は、磁束は２つの中空部３ｃの間を流れるので、磁束が外側磁性体コラム３内で広がるのを抑えることができる。
【００４７】
さらに、図６Ｅに示すように凹部３ｂを備える外側磁性体コラム３の径方向にさらに中空部３ｃを設けるように構成してもよい。
【００４８】
このように、外側磁性体コラム３の内周面には、凸部３ａに限らず軟磁性体で構成された強磁性部と、凹部３ｂに限らず軟磁性体に溝又は中空を設けることにより軟磁性体の磁性よりも弱い弱磁性部とが配置されていればよい。強磁性の部分と弱磁性の部分とは幅が異なっていてもよく、また、図６Ｆに示すように、弱磁性の部分は溝又は中空部を非磁性体３ｄで埋めてもよい。
【００４９】
その他、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の表面に溝を設け、その内部に非磁性体からなる非磁性層３ｅを設けてもよい。非磁性層３ｅの形状は図７Ｇに示すように平坦であってもよく、図７Ｈに示すように凹凸があってもよい。
【００５０】
内側磁性体コラム４の外周面も図４から図７に示すような外側磁性体コラム３の内周面と同様な構成としてもよい。
【００５１】
外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の材質は軟磁性材であればよく、ケイ素鋼板に限らず、鉄、パーメンダー又はアモルファスメタル等であってもよい。
【００５２】
磁気ギアの磁路を形成するためには、２つの回転子の内側及び外側にヨークを備える必要がある。しかし、本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４がヨークの役割を果たすので、さらにヨークを設ける必要が無い。従って内側ロータ１及び外側ロータ２の質量を軽くし、回転モーメントを小さくすることができ、小さい力で回転を行うことができる。
【００５３】
また、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は、各々外側ロータ２の外部及び内側ロータ１の内部に設けられているので、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の厚さは凹部３ｂ、４ｂであっても、強度に問題の無い程度まで十分厚くすることができる。従って本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、磁性体コラムの破損を起因とした故障を防止することができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の凸部３ａ及び４ａが対向し、凹部３ｂ及び４ｂが対向しているので、磁束の広がりを抑えることができる。凸部３ａ及び４ａ、並びに凹部３ｂ及び４ｂの各々の個数が内側ロータ１と外側ロータ２との磁極対の和若しくは差である場合には、トルクの伝達効率をさらに向上させることができる。
【００５５】
第２の実施の形態
第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は円板回転型の磁気ギア装置である。
【００５６】
図８は第２の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石５ａ、５ｂからなる磁極対が放射状に６個配置された円板形の下側ロータ５を備える。磁石５ａ、５ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石５ａを構成する部分は上面側がＮ極に下面側がＳ極に着磁されており、磁石５ｂを構成する部分は上面側がＳ極に下面側がＮ極に着磁されている。
【００５７】
下側ロータ５の上方には、円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された上側ロータ６が設けられている。上側ロータ６は厚さ方向に着磁された磁石６ａ、６ｂからなる磁極対が放射状に１４個配置されている。
【００５８】
上側ロータ６の上方には、同じく円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された上側磁性体コラム７が設けられている。上側磁性体コラム７は上側ロータ６及び下側ロータ５が回転しているか否かによらず、回転しないように固定されている。上側磁性体コラム７は２０個の凸部７ａ及び凹部７ｂが略等間隔で放射状に設けられている。
【００５９】
下側ロータ５の下方には、同じく円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された下側磁性体コラム８が設けられている。
【００６０】
下側磁性体コラム８も回転しないように固定されており、磁極対の和である２０個の凸部８ａ及び凹部８ｂが略等間隔で放射状に設けられている。また、上側磁性体コラム７及び下側磁性体コラム８の各々の凸部７ａ及び８ａが対向し、凹部７ｂ及び８ｂが対向するように配置されている。
【００６１】
上側ロータ６が回転した場合、下側ロータ５の磁石５ａ、５ｂ及び上側ロータ６の磁石６ａ、６ｂの磁気的相互作用により、下側ロータ５が上側ロータ６と逆方向に回転する。
【００６２】
なお、凸部７ａ、８ａ及び凹部７ｂ、８ｂの個数は、下側ロータ５及び上側ロータ６各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００６３】
第３の実施の形態
第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は平板リニア型の磁気ギア装置である。
【００６４】
図９は第３の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。図９では平板リニア型の磁気ギア装置の一部を示している。
【００６５】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石９ａ、９ｂからなる磁極対が長手方向に単位長さあたり６個配置された、矩形板形の下側プレート９を備える。磁石９ａ、９ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石９ａを構成する部分は上面側がＮ極に下面側がＳ極に着磁されており、磁石９ａを構成する部分は上面側がＳ極に下面側がＮ極に着磁されている。
【００６６】
下側プレート９の上方には、矩形板形で下側プレート９に対して長手方向を同じくして略平行に延び、間隙を有して配された上側プレート１０が設けられている。上側プレート１０は厚さ方向に着磁されたＮ極の磁石及びＳ極の磁石からなる磁極対が単位長さあたり１４個配置されている。
【００６７】
上側プレート１０の上方には、同じく矩形板形で下側プレート９に対して略平行に延び、間隙を有して配された上側磁性体コラム１１が設けられている。上側磁性体コラム１１は下側プレート９及び上側プレート１０が移動しているか否かによらず、移動しないように固定されている。上側磁性体コラム１１は単位長さあたり２０個の凸部１１ａ及び凹部１１ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。
【００６８】
下側プレート９の下方には、同じく矩形板形で下側プレート９に対して略平行に延び、間隙を有して配された下側磁性体コラム１２が設けられている。
【００６９】
下側磁性体コラム１２も移動しないように固定されており、下側プレート９及び上側プレート１０の単位長さあたりの磁極対の和である、単位長さあたり２０個の凸部１２ａ及び凹部１２ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。また、下側磁性体コラム１２及び上側磁性体コラム１１の各々の凸部１２ａ及び１１ａが対向し、凹部１２ｂ及び１１ｂが対向するように配置されている。なお、凸部１１ａ、１２ａ及び凹部１１ｂ、１２ｂの単位長さあたりの個数は、下側プレート９及び上側プレート１０の各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００７０】
上側プレート１０が長手方向に移動した場合、下側プレート９の磁石９ａ、９ｂ及び上側プレート１０の磁石１０ａ、１０ｂの磁気的相互作用により、下側プレート９が長手方向に移動する。なお、本実施の形態における下側プレート９、上側プレート１０、上側磁性体コラム１１及び下側磁性体コラム１２の形状は矩形に限らず、その場合、前述の長手方向とは下側プレート９、上側プレート１０が移動する方向を指す。
【００７１】
第４の実施の形態
第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は円筒リニア型の磁気ギア装置である。
【００７２】
図１０及び図１１は第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図及び長手方向の断面図である。図１０及び図１１は、円筒リニア型の磁気ギア装置の単位長さを示している。
【００７３】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石１３ａ、１３ｂからなる磁極対が、中心軸方向に単位長さあたり６個配置された円筒形の内側シリンダ１３を備える。磁石１３ａ、１３ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石１３ａを構成する部分は外面側がＮ極に内面側がＳ極に着磁されており、磁石１３ｂを構成する部分は、外面側がＳ極に内面側がＮ極に着磁されている。
【００７４】
内側シリンダ１３の外方には、円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に延び、間隙を有して配された外側シリンダ１４が設けられている。外側シリンダ１４は厚さ方向に着磁されたＮ極の磁石及びＳ極の磁石からなる磁極対が円筒の中心軸方向に沿って単位長さあたり１４個配置されている。
【００７５】
外側シリンダ１４の外方には、同じく円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に延び、間隙を有して配された外側磁性体コラム１５が設けられている。外側磁性体コラム１５は内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４が移動しているか否かによらず、移動しないように固定されている。外側磁性体コラム１５に内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４の単位長さあたりの磁極対数の和である単位長さあたり２０個の凸部１５ａ及び凹部１５ｂが略等間隔で円筒の中心軸に沿って設けられている。
【００７６】
内側シリンダ１３の内方には、同じく円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に間隙を有して配された内側磁性体コラム１６が設けられている。
【００７７】
内側磁性体コラム１６も移動しないように固定されており、内側シリンダおよび外側シリンダの単位長さあたりの磁極対の和である単位長さあたり２０個の凸部１６ａ及び凹部１６ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。外側磁性体コラム１５及び内側磁性体コラム１６の各々の凸部１５ａ及び１６ａは対向し、凹部１５ｂ及び１６ｂも対向するように配置されている。なお、凸部１５ａ、１６ａ及び凹部１５ｂ、１６ｂの単位長さあたりの個数は、内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４の各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００７８】
外側シリンダ１４が移動した場合、内側シリンダ１３の磁石１３ａ、１３ｂ及び外側シリンダ１４の磁石１４ａ、１４ｂの磁気的相互作用により、内側シリンダ１３が円筒の中心軸に沿って移動する。
【００７９】
なお、本発明の磁気ギア装置に使用する磁石の材質は特に限定されない。高い伝達トルクを得るためにはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を用いるのが望ましく、渦電流を抑制するために樹脂成形磁石を用いてもよい。なお、第１可動子と第２可動子との磁石材質は異なってもよい。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１ 内側ロータ
２ 外側ロータ
３ 外側磁性体コラム
４ 内側磁性体コラム
５ 下側ロータ
６ 上側ロータ
７ 上側磁性体コラム
８ 下側磁性体コラム
９ 下側プレート
１０ 上側プレート
１１ 上側磁性体コラム
１２ 下側磁性体コラム
１３ 内側シリンダ
１４ 外側シリンダ
１５ 外側磁性体コラム
１６ 内側磁性体コラム
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 磁石
３ａ、４ａ、７ａ、８ａ、１１ａ、１２ａ、１５ａ、１６ａ 凸部
３ｂ、４ｂ、７ｂ、８ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１５ｂ、１６ｂ 凹部
３ｃ 中空部
３ｄ 非磁性体
３ｅ 非磁性層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの可動子を２つのヨークの間に設けた磁気ギア装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩耗が無く、動作時に騒音が少ないギア装置として磁気ギア装置がある。回転円筒型の磁気ギア装置は、外側ロータ及び外側ロータの円筒内に設けられた内側ロータを備え、外側ロータ及び内側ロータは、内側ロータの外周面及び外側ロータの内周面の各々の円周方向に、Ｎ極及びＳ極を一対とした磁極対が略等間隔で配置してある。
【０００３】
このような磁気ギア装置には、内側ロータ及び外側ロータの磁極対により生じる磁力を軟磁性体からなる特定の箇所に集中させることによって、ロータ間の伝達トルクを大きくする、又はロータの回転方向を変えることを目的とした中間ヨークが外側ロータと内側ロータとの間に設けられることがある（非特許文献１及び非特許文献２）。
【０００４】
外側ロータが円周方向に回転した場合、外側ロータ及び内側ロータの磁極対間の磁気的相互作用により、円周方向に内側ロータが回転する。
【０００５】
内部及び外部の永久磁石の間に凹凸を備える鉄製の中間ヨークが設けられている磁気駆動装置が、特許文献１に記載されている。ここで、磁気駆動装置の性能を高めるためには、ヨークは可能な限り磁石から発せられた磁束を有効に活用することが望ましい。従って、凸部はできる限り永久磁石に近づけ、凹部はできる限り軟磁性体の厚さが薄くなるようにし凹部を通過する磁束を抑える構成とする。
【０００６】
一方、ヨークは内部及び外部の永久磁石の内側又は外側に備える構成とすることもできる。特許文献２には軟磁性体からなり、外側の永久磁石のさらに外部に外側の永久磁石と対向する面に複数の凹部及び凸部を備えるヨークが設けられ、内部の永久磁石、軟磁性体のヨーク及びシャフトが一体となっている磁気駆動装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２６４８３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１９１６２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｋ．Ａｔａｌｌａｈ、「Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｇｅａｒ」、ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、英国、２００４年３月、１５１巻、２号、１３５−１４３項
【非特許文献２】池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４項
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に係る磁気駆動装置は凹部における中間ヨークを薄くすると中間ヨークの強度が落ち、故障の原因となるという問題がある。また、特許文献２に係る磁気駆動装置は、内部の永久磁石、軟磁性体及びシャフトが一体となって回転するので、磁石部分とは異なる部分まで回転し、回転部分の質量が増し、回転モーメントが大きくなるために急速な加減速が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、故障を防止し、磁石からなる可動子の移動に要する力を軽減させる磁気ギア装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る磁気ギア装置は、特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する第１可動子と第２可動子とを備える磁気ギア装置において、前記第１可動子と間隙を有して対向し、強磁性部が前記第１可動子と対向する一面に配置された第１磁性部及び前記第２可動子と間隙を有して対向し、前記強磁性部が前記第２可動子と対向する一面に配置された第２磁性部を備え、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に、強磁性部と該強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記弱磁性部は軟磁性体に溝又は中空を形成することにより前記強磁性部より磁性を弱くしてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部は前記第１可動子及び第２可動子を介して対向するよう構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部及び第２磁性部は移動可能であり、前記第１磁性部及び第２磁性部の強磁性部が対向したまま前記特定の方向に移動するよう構成してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子又は第２可動子は固定可能にしてあることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、前記第１可動子及び第２可動子の一面には、円周方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、円周方向に沿って前記複数の強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円板形であり、前記第１可動子及び第２可動子の一面には、各々放射状に複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、放射状に複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は移動する方向を同じくする板状であり、前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿った複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の数は、前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差であることを特徴とする
【００２１】
本発明に係る磁気ギア装置は、前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の所定の単位長さあたりの数は、該所定の単位長さあたりにおける前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る磁気ギア装置によれば、２つの可動子と、２つの可動子の外部に設けられた２つの磁性部とが各々分離されており、２つの磁性部は可動子と対向する面に軟磁性体からなる強磁性部と軟磁性体より弱い磁性を示す弱磁性部とが複数配置されているので、故障を防止し、２つの可動子を効率良く移動させることができる。
【００２３】
なお、本発明において、強磁性部とは、軟磁性体が磁石に接近しており、磁石と軟磁性体の磁気抵抗が低くなるようにした部分であり、一方、弱磁性部とは、凹部を形成し、又は空洞やスリットを設けることで、前記強磁性部より相対的に磁気抵抗が高くなるようにした部分である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的組立図である。
【図２】第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的断面図である。
【図３】磁気ギア装置の磁束の流れについての説明図である。
【図４】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図５】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図６】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図７】外側磁性体コラムの内周面について示した模式図である。
【図８】第２の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図９】第３の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１の実施の形態
以下、本実施の形態に係る磁気ギア装置について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は回転円筒型である。図１及び図２は第１の実施の形態に係る磁気ギア装置の模式的組立図及び模式的断面図である。
【００２６】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、円周方向に沿ってＮ極の磁石及びＳ極の磁石１ａ及び１ｂからなる磁極対が６個配置された円筒形の可動子である内側ロータ１を備える。これらの磁石は径方向に着磁されており、内周面及び外周面で互いに磁極が異なる。即ち磁石１ａを構成する部分は、外周面側がＮ極に内周面側がＳ極に着磁されており、磁石１ｂは外周面側がＳ極に内周面側がＮ極に着磁されている。
【００２７】
内側ロータ１の外周には、円筒形で内部の空洞に内側ロータ１が間隙を有して嵌る可動子である外側ロータ２が設けられている。外側ロータ２は厚さ方向に着磁され、内周面及び外周面で互いに磁極が異なる磁石２ａ及び２ｂの磁極対が円周方向に沿って１４個配置されている。
【００２８】
次に、外側ロータ２の外周には、同じく円筒形で内部の空洞に外側ロータ２が間隙を有して嵌るよう構成された外側磁性体コラム３が設けられている。外側磁性体コラム３は内側ロータ１及び外側ロータ２が回転しているか否かによらず、回転しないように固定されている。外側磁性体コラム３はケイ素鋼板製であり、２０個の凸部３ａ及び凹部３ｂが略等間隔で円周方向に設けられている。
【００２９】
内側ロータ１の内周には、円柱形で内側ロータ１の内部に間隙を有して嵌るよう構成された内側磁性体コラム４が設けられている。内側磁性体コラム４も外側磁性体コラム３と同様にケイ素鋼板製であり、外周面に２０個の凸部４ａ及び断面略コの字型の溝が形成された凹部４ｂが各々略等間隔で円周方向に設けられている。内側磁性体コラム４も外側磁性体コラム３と同様に、回転しないように固定されている。
【００３０】
外側ロータ２が回転した場合、内側ロータ１の磁石１ａ、１ｂ及び外側ロータ２の磁石２ａ、２ｂの磁気的相互作用により、内側ロータ１が回転する。この場合、外側ロータ２よりも磁極対の少ない内側ロータ１は、外側ロータ２よりも高い回転数で、外側ロータ２の回転方向と逆方向に回転する。
【００３１】
内側ロータ１及び外側ロータ２のギア比は、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が備える磁極対の個数によって定まる。本実施の形態に係る内側ロータ１は磁極対が６個であり、外側ロータ２は磁極対が１４個であるのでギア比は３／７である。従って外側ロータ２が時計回りに１回転すると、内側ロータ１は反時計回りに７／３回転する。
【００３２】
また、内側磁性体コラム４と外側磁性体コラム３の各々の凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂは内側ロータ１及び外側ロータ２を挟んで対向するように配置されている。図３は磁気ギア装置の磁束の流れについての説明図である。内側ロータ１及び外側ロータ２の磁極により、磁束が発生する。この磁束は、内側ロータ１の一の磁石１ａ、外側ロータ２の一の磁石２ａ、外側磁性体コラム３の一の凸部３ａ、外側磁性体コラム３の他の凸部３ａ、外側ロータ２の他の磁石２ｂ、内側ロータ１の他の磁石１ｂ、内側磁性体コラム４の一の凸部４ａ、内側磁性体コラム４の他の凸部４ａを経て内側ロータ１の一の磁石１ａに戻り、磁路が形成される。
【００３３】
ここで、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４における強磁性部である凸部３ａ、４ａと弱磁性部である凹部３ｂ、４ｂとの磁気抵抗の差は大きいほど望ましい。磁気抵抗が大きいと磁束は強磁性部を選択的に通過するので、内側ロータ１および外側ロータ２の磁極から発せられた磁束を有効に利用でき極めて伝達効率の良い磁気ギアを構成することができる。
【００３４】
内側ロータ１と外側ロータ２とを挟むように外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の凸部同士、凹部同士を対向させると、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の強磁性部と弱磁性部の磁気抵抗差をより大きくすることができる。
【００３５】
外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は軟磁性体であるケイ素鋼板で構成されているので、磁極対と距離が近い凸部３ａ及び４ａはポールピースとしての機能を果たし、凸部３ａ及び４ａに磁束が集中する。この際、磁路は他の磁路の影響をなるべく受けないことが望ましい。従って内側磁性体コラム４の凸部４ａと外側磁性体コラム３の凸部３ａとが対向するように構成する。
【００３６】
続いて、外側磁性体コラム３の内周面及び内側磁性体コラム４の外周面における凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂの個数を２０個とする理由について説明する。
【００３７】
内側ロータ１及び外側ロータ２が回転すると、回転に伴って交番磁界が径方向に発生する。内側ロータ１の磁極対がＰｈ個、外側ロータ２の磁極対がＰｌ個、ポールピースの個数がＮｓ個とすると、交番磁界は主にＰｈ次、（Ｎｓ−Ｐｈ）次及び（Ｎｓ＋Ｐｈ）次成分が存在することが公知になっている（非特許文献２）。
【００３８】
これら３つの高調波成分を含む交番磁界に同期する場合が、内側ロータ１及び外側ロータ２間の伝達トルクが最大になる場合である。その場合とは、例えば内側磁性体コラム４の外周面の凸部４ａ及び凹部４ｂの個数を（Ｐｌ＋Ｐｈ）又は（Ｐｌ―Ｐｈ）とした場合である。従って、本実施の形態では、内側ロータ１及び外側ロータ２間の伝達トルクを最大にするために、外側磁性体コラム３の内周面の凸部３ａ及び凹部３ｂ並びに内側磁性体コラム４の外周面の凸部４ａ及び凹部４ｂの個数を、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が有する磁極対の和である２０個とする。なお、凸部３ａ、４ａ及び凹部３ｂ、４ｂの個数は、内側ロータ１及び外側ロータ２各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００３９】
なお、磁力が大きく減衰しないために、内側磁性体コラム４と内側ロータ１との間隙、内側ロータ１と外側ロータ２との間隙及び外側ロータ２と外側磁性体コラム３との間隙は、十分小さくなるよう構成されている。
【００４０】
本実施の形態では、磁極対を径方向に着磁された２つの磁石で構成したが、この構成に限定されない。１つの磁石を円周に沿ってＮ極、Ｓ極の順で径方向に着磁し、１つの磁極対としてもよい。また公知のラジアル異方性配向を有するリング磁石を径方向にＮ極及びＳ極で着磁しても良い。
【００４１】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４を回転させることによって、内側ロータ１に対する外側ロータ２の相対的な回転速度を変更するようにしてもよい。外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は、互いの凸部である３ａ及び４ａが対向し、凹部である３ｂ及び４ｂが対向するよう、同じ方向に同じ数の回転をする。例えば内側ロータ１が時計回りに１回転する間に、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４を共に時計回りに１／３回転させる場合、内側ロータ１は外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４との相対的な関係では２／３回転しかしていない。従って外側ロータ２は反時計回りに７／３×２／３＝１４／９回転する。
【００４２】
このように外側ロータ２の回転速度を調節することにより、内側ロータ１に対する外側ロータ２の相対的な回転速度を変更することができる。
【００４３】
また、外側ロータ２を固定し、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の回転に伴って内側ロータ１が回転してもよい。この場合、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４が時計回りに１回転した場合、内側ロータ１が時計回りに１＋７／３＝１０／３回転する。
【００４４】
内側ロータ１を固定し、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の回転に伴って外側ロータ２が回転してもよい。この場合、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４が時計回りに１０／３回転した場合、外側ロータ２が、時計回りに１０／３−１＝７／３回転する。
【００４５】
本実施の形態に係る外側磁性体コラム３の凸部３ａ及び凹部３ｂは前述した構成に限らない。図４から図７は外側磁性体コラム３の内周面について示した模式図である。例えば凹３ｂ部の溝は断面が略コの字型に限らず図４Ａに示すようにＶ字型の溝が形成されていてもよく、図４Ｂに示すようにＵ字型の溝が形成されていてもよい。
【００４６】
図５Ｃに示すように、外側磁性体コラム３の内周面の形状は凹部３ｂをなくし、内部に略等間隔に中空部３ｃを設けてもよい。中空部３ｃは図５Ｄに示すように、径方向に２重に設けてもよく、３重以上であってもよい。中空部３ｃを２重以上に設けた場合は、磁束は２つの中空部３ｃの間を流れるので、磁束が外側磁性体コラム３内で広がるのを抑えることができる。
【００４７】
さらに、図６Ｅに示すように凹部３ｂを備える外側磁性体コラム３の径方向にさらに中空部３ｃを設けるように構成してもよい。
【００４８】
このように、外側磁性体コラム３の内周面には、凸部３ａに限らず軟磁性体で構成された強磁性部と、凹部３ｂに限らず軟磁性体に溝又は中空を設けることにより軟磁性体の磁性よりも弱い弱磁性部とが配置されていればよい。強磁性の部分と弱磁性の部分とは幅が異なっていてもよく、また、図６Ｆに示すように、弱磁性の部分は溝又は中空部を非磁性体３ｄで埋めてもよい。
【００４９】
その他、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の表面に溝を設け、その内部に非磁性体からなる非磁性層３ｅを設けてもよい。非磁性層３ｅの形状は図７Ｇに示すように平坦であってもよく、図７Ｈに示すように凹凸があってもよい。
【００５０】
内側磁性体コラム４の外周面も図４から図７に示すような外側磁性体コラム３の内周面と同様な構成としてもよい。
【００５１】
外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の材質は軟磁性材であればよく、ケイ素鋼板に限らず、鉄、パーメンダー又はアモルファスメタル等であってもよい。
【００５２】
磁気ギアの磁路を形成するためには、２つの回転子の内側及び外側にヨークを備える必要がある。しかし、本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４がヨークの役割を果たすので、さらにヨークを設ける必要が無い。従って内側ロータ１及び外側ロータ２の質量を軽くし、回転モーメントを小さくすることができ、小さい力で回転を行うことができる。
【００５３】
また、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４は、各々外側ロータ２の外部及び内側ロータ１の内部に設けられているので、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の厚さは凹部３ｂ、４ｂであっても、強度に問題の無い程度まで十分厚くすることができる。従って本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、磁性体コラムの破損を起因とした故障を防止することができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態に係る磁気ギア装置によれば、外側磁性体コラム３及び内側磁性体コラム４の凸部３ａ及び４ａが対向し、凹部３ｂ及び４ｂが対向しているので、磁束の広がりを抑えることができる。凸部３ａ及び４ａ、並びに凹部３ｂ及び４ｂの各々の個数が内側ロータ１と外側ロータ２との磁極対の和若しくは差である場合には、トルクの伝達効率をさらに向上させることができる。
【００５５】
第２の実施の形態
第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は円板回転型の磁気ギア装置である。
【００５６】
図８は第２の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石５ａ、５ｂからなる磁極対が放射状に６個配置された円板形の下側ロータ５を備える。磁石５ａ、５ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石５ａを構成する部分は上面側がＮ極に下面側がＳ極に着磁されており、磁石５ｂを構成する部分は上面側がＳ極に下面側がＮ極に着磁されている。
【００５７】
下側ロータ５の上方には、円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された上側ロータ６が設けられている。上側ロータ６は厚さ方向に着磁された磁石６ａ、６ｂからなる磁極対が放射状に１４個配置されている。
【００５８】
上側ロータ６の上方には、同じく円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された上側磁性体コラム７が設けられている。上側磁性体コラム７は上側ロータ６及び下側ロータ５が回転しているか否かによらず、回転しないように固定されている。上側磁性体コラム７は２０個の凸部７ａ及び凹部７ｂが略等間隔で放射状に設けられている。
【００５９】
下側ロータ５の下方には、同じく円板形で下側ロータ５に対して同軸上に間隙を有して配された下側磁性体コラム８が設けられている。
【００６０】
下側磁性体コラム８も回転しないように固定されており、磁極対の和である２０個の凸部８ａ及び凹部８ｂが略等間隔で放射状に設けられている。また、上側磁性体コラム７及び下側磁性体コラム８の各々の凸部７ａ及び８ａが対向し、凹部７ｂ及び８ｂが対向するように配置されている。
【００６１】
上側ロータ６が回転した場合、下側ロータ５の磁石５ａ、５ｂ及び上側ロータ６の磁石６ａ、６ｂの磁気的相互作用により、下側ロータ５が上側ロータ６と逆方向に回転する。
【００６２】
なお、凸部７ａ、８ａ及び凹部７ｂ、８ｂの個数は、下側ロータ５及び上側ロータ６各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００６３】
第３の実施の形態
第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は平板リニア型の磁気ギア装置である。
【００６４】
図９は第３の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図である。図９では平板リニア型の磁気ギア装置の一部を示している。
【００６５】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石９ａ、９ｂからなる磁極対が長手方向に単位長さあたり６個配置された、矩形板形の下側プレート９を備える。磁石９ａ、９ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石９ａを構成する部分は上面側がＮ極に下面側がＳ極に着磁されており、磁石９ａを構成する部分は上面側がＳ極に下面側がＮ極に着磁されている。
【００６６】
下側プレート９の上方には、矩形板形で下側プレート９に対して長手方向を同じくして略平行に延び、間隙を有して配された上側プレート１０が設けられている。上側プレート１０は厚さ方向に着磁されたＮ極の磁石及びＳ極の磁石からなる磁極対が単位長さあたり１４個配置されている。
【００６７】
上側プレート１０の上方には、同じく矩形板形で下側プレート９に対して略平行に延び、間隙を有して配された上側磁性体コラム１１が設けられている。上側磁性体コラム１１は下側プレート９及び上側プレート１０が移動しているか否かによらず、移動しないように固定されている。上側磁性体コラム１１は単位長さあたり２０個の凸部１１ａ及び凹部１１ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。
【００６８】
下側プレート９の下方には、同じく矩形板形で下側プレート９に対して略平行に延び、間隙を有して配された下側磁性体コラム１２が設けられている。
【００６９】
下側磁性体コラム１２も移動しないように固定されており、下側プレート９及び上側プレート１０の単位長さあたりの磁極対の和である、単位長さあたり２０個の凸部１２ａ及び凹部１２ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。また、下側磁性体コラム１２及び上側磁性体コラム１１の各々の凸部１２ａ及び１１ａが対向し、凹部１２ｂ及び１１ｂが対向するように配置されている。なお、凸部１１ａ、１２ａ及び凹部１１ｂ、１２ｂの単位長さあたりの個数は、下側プレート９及び上側プレート１０の各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００７０】
上側プレート１０が長手方向に移動した場合、下側プレート９の磁石９ａ、９ｂ及び上側プレート１０の磁石１０ａ、１０ｂの磁気的相互作用により、下側プレート９が長手方向に移動する。なお、本実施の形態における下側プレート９、上側プレート１０、上側磁性体コラム１１及び下側磁性体コラム１２の形状は矩形に限らず、その場合、前述の長手方向とは下側プレート９、上側プレート１０が移動する方向を指す。
【００７１】
第４の実施の形態
第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気ギア装置は円筒リニア型の磁気ギア装置である。
【００７２】
図１０及び図１１は第４の実施の形態に係る磁気ギア装置を示す模式的組立図及び長手方向の断面図である。図１０及び図１１は、円筒リニア型の磁気ギア装置の単位長さを示している。
【００７３】
本実施の形態に係る磁気ギア装置は、Ｎ極及びＳ極の磁石１３ａ、１３ｂからなる磁極対が、中心軸方向に単位長さあたり６個配置された円筒形の内側シリンダ１３を備える。磁石１３ａ、１３ｂからなる磁極対は厚さ方向に着磁されており、同一面上で磁極が異なる。即ち磁石１３ａを構成する部分は外面側がＮ極に内面側がＳ極に着磁されており、磁石１３ｂを構成する部分は、外面側がＳ極に内面側がＮ極に着磁されている。
【００７４】
内側シリンダ１３の外方には、円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に延び、間隙を有して配された外側シリンダ１４が設けられている。外側シリンダ１４は厚さ方向に着磁されたＮ極の磁石及びＳ極の磁石からなる磁極対が円筒の中心軸方向に沿って単位長さあたり１４個配置されている。
【００７５】
外側シリンダ１４の外方には、同じく円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に延び、間隙を有して配された外側磁性体コラム１５が設けられている。外側磁性体コラム１５は内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４が移動しているか否かによらず、移動しないように固定されている。外側磁性体コラム１５に内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４の単位長さあたりの磁極対数の和である単位長さあたり２０個の凸部１５ａ及び凹部１５ｂが略等間隔で円筒の中心軸に沿って設けられている。
【００７６】
内側シリンダ１３の内方には、同じく円筒形で内側シリンダ１３に対して略同軸に間隙を有して配された内側磁性体コラム１６が設けられている。
【００７７】
内側磁性体コラム１６も移動しないように固定されており、内側シリンダおよび外側シリンダの単位長さあたりの磁極対の和である単位長さあたり２０個の凸部１６ａ及び凹部１６ｂが略等間隔で長手方向に設けられている。外側磁性体コラム１５及び内側磁性体コラム１６の各々の凸部１５ａ及び１６ａは対向し、凹部１５ｂ及び１６ｂも対向するように配置されている。なお、凸部１５ａ、１６ａ及び凹部１５ｂ、１６ｂの単位長さあたりの個数は、内側シリンダ１３及び外側シリンダ１４の各々が有する磁極対の差である８個としてもよい。
【００７８】
外側シリンダ１４が移動した場合、内側シリンダ１３の磁石１３ａ、１３ｂ及び外側シリンダ１４の磁石１４ａ、１４ｂの磁気的相互作用により、内側シリンダ１３が円筒の中心軸に沿って移動する。
【００７９】
なお、本発明の磁気ギア装置に使用する磁石の材質は特に限定されない。高い伝達トルクを得るためにはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石を用いるのが望ましく、渦電流を抑制するために樹脂成形磁石を用いてもよい。なお、第１可動子と第２可動子との磁石材質は異なってもよい。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１ 内側ロータ
２ 外側ロータ
３ 外側磁性体コラム
４ 内側磁性体コラム
５ 下側ロータ
６ 上側ロータ
７ 上側磁性体コラム
８ 下側磁性体コラム
９ 下側プレート
１０ 上側プレート
１１ 上側磁性体コラム
１２ 下側磁性体コラム
１３ 内側シリンダ
１４ 外側シリンダ
１５ 外側磁性体コラム
１６ 内側磁性体コラム
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 磁石
３ａ、４ａ、７ａ、８ａ、１１ａ、１２ａ、１５ａ、１６ａ 凸部
３ｂ、４ｂ、７ｂ、８ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１５ｂ、１６ｂ 凹部
３ｃ 中空部
３ｄ 非磁性体
３ｅ 非磁性層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する第１可動子と第２可動子とを備える磁気ギア装置において、
前記第１可動子と間隙を有して対向し、強磁性部が前記第１可動子と対向する一面に配置された第１磁性部及び
前記第２可動子と間隙を有して対向し、前記強磁性部が前記第２可動子と対向する一面に配置された第２磁性部を備え、
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に、強磁性部と該強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されている
ことを特徴とする磁気ギア装置。
【請求項２】
前記弱磁性部は軟磁性体に溝又は中空を形成することにより前記強磁性部より磁性を弱くしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ギア装置。
【請求項３】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部は前記第１可動子及び第２可動子を介して対向するよう構成してある
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ギア装置。
【請求項４】
前記第１磁性部及び第２磁性部は移動可能であり、前記第１磁性部及び第２磁性部の強磁性部が対向したまま前記特定の方向に移動するよう構成してある
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気ギア装置。
【請求項５】
前記第１可動子又は第２可動子は固定可能にしてある
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項６】
前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、
前記第１可動子及び第２可動子の一面には、円周方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、円周方向に沿って前記複数の強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してある
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項７】
前記第１可動子及び第２可動子は円板形であり、
前記第１可動子及び第２可動子の一面には、各々放射状に複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、放射状に複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してある
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項８】
前記第１可動子及び第２可動子は移動する方向を同じくする板状であり、
前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項９】
前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、
前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿った複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項１０】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の数は、前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気ギア装置。
【請求項１１】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の所定の単位長さあたりの数は、該所定の単位長さあたりにおける前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の磁気ギア装置。
【請求項１】
特定の方向に沿って磁極対が各々略等間隔で複数配置されており、間隙を有して対向する第１可動子と第２可動子とを備える磁気ギア装置において、
前記第１可動子と間隙を有して対向し、強磁性部が前記第１可動子と対向する一面に配置された第１磁性部及び
前記第２可動子と間隙を有して対向し、前記強磁性部が前記第２可動子と対向する一面に配置された第２磁性部を備え、
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に、強磁性部と該強磁性部より磁性が弱い弱磁性部とが各々略等間隔で複数配置されている
ことを特徴とする磁気ギア装置。
【請求項２】
前記弱磁性部は軟磁性体に溝又は中空を形成することにより前記強磁性部より磁性を弱くしてある
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ギア装置。
【請求項３】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部は前記第１可動子及び第２可動子を介して対向するよう構成してある
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ギア装置。
【請求項４】
前記第１磁性部及び第２磁性部は移動可能であり、前記第１磁性部及び第２磁性部の強磁性部が対向したまま前記特定の方向に移動するよう構成してある
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気ギア装置。
【請求項５】
前記第１可動子又は第２可動子は固定可能にしてある
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項６】
前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、
前記第１可動子及び第２可動子の一面には、円周方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、円周方向に沿って前記複数の強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してある
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項７】
前記第１可動子及び第２可動子は円板形であり、
前記第１可動子及び第２可動子の一面には、各々放射状に複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、放射状に複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の円周方向となるよう構成してある
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項８】
前記第１可動子及び第２可動子は移動する方向を同じくする板状であり、
前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向に沿って複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の移動する方向である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項９】
前記第１可動子及び第２可動子は円筒形であり、
前記第１可動子及び第２可動子は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿って複数の前記磁極対が設けてあり、
前記第１磁性部及び第２磁性部は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向に沿った複数の前記強磁性部及び弱磁性部が設けてあり、
前記特定の方向は、前記第１可動子及び第２可動子の中心軸方向である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気ギア装置。
【請求項１０】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の数は、前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気ギア装置。
【請求項１１】
前記第１磁性部の一面及び第２磁性部の一面に配置された前記強磁性部の所定の単位長さあたりの数は、該所定の単位長さあたりにおける前記第１可動子及び第２可動子の磁極対の数の和若しくは差である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の磁気ギア装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１７２８５（Ｐ２０１３−１７２８５Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７６３０（Ｐ２０１１−１４７６３０）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
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