磁気変速装置
【課題】動力の伝達態様を変更可能な磁気変速装置を提供する。
【解決手段】同一の軸線Ｑの周囲に内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が、軸線Ｑを基準として内側から外側に順に配置されている。内側磁極群及び外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成されている。当該電磁石の励磁状態が制御されることにより、内側磁極群における磁極配列パターンと外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御される。
【解決手段】同一の軸線Ｑの周囲に内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が、軸線Ｑを基準として内側から外側に順に配置されている。内側磁極群及び外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成されている。当該電磁石の励磁状態が制御されることにより、内側磁極群における磁極配列パターンと外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周方向に配列された複数のＮ極及びＳ極を有するインナーリング及びアウターリングと、周方向に配列された複数の磁性体を有する中間リングとを備えているラジアル型の磁気変速装置が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。当該変速装置は、当該３つのリングのうち１つのリングに動力が入力され、他の１つのリングから動力が出力されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３３７８７１０号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】k.Atallah and D.Howe, “A Novel High-Performance Magnetic Gear” IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.37, NO.4, JULY 2001, p2844-2846
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、変速装置による動力の伝達態様が固定されている構成であるため、その応用範囲が限られてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、動力の伝達態様を変更可能な磁気変速装置を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同一の軸線の周囲において当該軸線を基準として内側から外側に順に配置されている内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群と、前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材であって、前記軸線回りに相対的に回転可能に構成されている入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材の組み合わせを構成する３つの部材とを備え、前記入力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力が、前記出力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている磁気変速装置に関する。
【０００８】
本発明の磁気変速装置は、前記内側磁極群及び前記外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記内側磁極群における磁極配列パターンと前記外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の制御により、当該電磁石によるその周辺の磁界（磁力線）の形成態様が変更され、その結果として当該磁界由来の動力の伝達態様が変更されうる。電磁石の励磁状態には、当該電磁石により構成される磁極をＮ極にする状態及び当該磁極をＳ極にする状態のほか、無極状態（電磁石として機能させない状態）が含まれる。
【００１０】
前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の前記内側磁極群、構成が異なる複数の前記磁性体群又は構成が異なる複数の前記外側磁極群を支持するように構成され、前記軸線の方向に対する前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材の相対変位により、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達するための前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群の組み合わせが変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１１】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態により磁界の形成態様に加えて、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせが変更されることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００１２】
前記磁気変速装置を複数の磁気変速装置として備えている複合型の磁気変速装置において、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記入力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、かつ、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記出力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記複数の磁気変速装置のうち前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達可能な一の磁気変速装置が選択される又は切り替えられるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、複数の磁気変速装置のうち１つを選択的に動力伝達装置として機能させることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００１４】
前記内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１と、前記外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２との和と、前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第１条件、又は、前記内側磁極対数Ｎ１及び前記外側磁極対数Ｎ２の差の絶対値と前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第２条件が満たされている状態で、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力が伝達されるように、前記電磁石の励磁状態が制御されるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、第１条件又は第２条件が満たされ、出力伝達部材に発生するコギングトルクの影響が軽減される状態と、第１条件及び第２条件が満たされておらず、出力伝達部材に発生するコギングトルクの影響が顕著になる状態とが切り替えられる。
【００１６】
前記内側磁極群、前記外側磁極群及び前記磁性体群のそれぞれが前記軸線回りの回転対称性を有するように前記軸線の周囲に配置されることが好ましい。
【００１７】
当該構成の磁気変速装置によれば、入力伝達部材の回転態様と出力伝達部材の回転態様との相関関係が安定に維持されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態としての磁気変速装置の構成説明図。
【図２】内側磁石及び外側磁石の配置態様に関する説明図。
【図３】磁極の配置態様に関する説明図。
【図４】第１実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図５】第１実施例の磁気変速装置の機能に関する説明図。
【図６】第２実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図７】第３実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図８】第４実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図９】第４実施例の磁気変速装置の変速装置能に関する説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態としての磁気変速装置に関する説明図。
【図１１】本発明の第３実施形態としての磁気変速装置に関する説明図。
【図１２】本発明の磁気変速装置の応用例に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
（構成）
本発明の第１実施形態としての磁気変速装置は、図１に示されているように、軸線Ｑの周囲に配列され、当該軸線Ｑを基準として内側から外側に順に配置されているＭ１個の内側磁石１０により構成される「内側磁石群」と、Ｍ２個の磁性体２０により構成される「磁性体群」と、Ｍ３個の外側磁石３０により構成される「外側磁石群」とを備えている。軸線Ｑに対する遠近に応じて「外」及び「内」が区別されている。内側磁石群が「内側磁極群」を構成し、外側磁石群が「外側磁極群」を構成する。
【００２０】
内側磁石１０の数Ｍ１、磁性体２０の数Ｍ２及び外側磁石３０の数Ｍ３の組み合わせは任意に変更されうる。
【００２１】
「内側磁石群」は軸線Ｑ回りの回転対称性としてＭ１回対称性を有するように配置されている。すなわち、内側磁石群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ１）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された又は位相がずらされた場合、当該回転前の内側磁石群と、当該回転後の内側磁石群とが完全に重なるように、Ｍ１個の内側磁石１０が当該軸線Ｑの周囲に配列されている。
【００２２】
複数の要素が軸線Ｑ回りに回転対称性を有するように配置されていることは、当該軸線方向から見て当該複数の要素が軸線Ｑを中心として放射状に、周方向（軸線Ｑ回りの回転方向）に一定間隔で配列される等、周方向に所定のパターンで配列されていることを意味するということもできる。
【００２３】
「内側磁石群」の回転対称性と「内側磁極群」の回転対称性とは相違する。たとえば、Ｍ１が偶数であり、軸線Ｑ回りの一方向についてＮ極とＳ極との対が連続するように配列されている（Ｍ１／２）個のＮ極および（Ｍ１／２）個のＳ極により内側磁極群が構成されている場合、内側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ１／２）回対称性を有する。また、Ｍ１が４の倍数であり、軸線Ｑ回りの一方向について配列態様が同じ合計４個のＮ極とＳ極との組が連続するように配列されている、（ｘＭ１／４）個のＮ極（ｘ＝１，２，３）および（（４−ｘ）Ｍ１／４）個のＳ極により内側磁極群が構成されている場合、内側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ１／４）回対称性を有する。
【００２４】
内側磁石群の回転対称性はｍ１回対称性（ｍ１はＭ１の因数である。）であってもよい。内側磁石群又は内側磁極群は回転対称性を有していなくてもよい。各内側磁石１０のＮ極及びＳ極のうち一方の極が「内側磁極」を構成する。内側磁石１０の磁気分極方向は径方向外側（軸線Ｑに対して垂直な方向について軸線Ｑから遠ざかる方向）に向かっている。
【００２５】
内側磁石１０の全部が、電磁鋼板などの磁性部材よりなるコア１１にコイル１２が巻きつけられて構成されている電磁石により構成されている。各内側磁石１０を構成するコイル１２に対してスリップリングを通じて外部電源から電力が供給される。各コイル１２の通電状態及びこれに応じた各内側磁石１０の励磁状態が、コンピュータによって構成されている制御装置によって制御されることにより、内側磁極の配列パターンが調節される。
【００２６】
内側磁石１０を構成する電磁石の励磁状態が制御されることにより、「内側磁石群」が軸線Ｑ回りの回転対称性を有していない場合でも、軸線Ｑ回りの回転対称性を有するように「内側磁極群」が実現されうる。
【００２７】
コア１１の外側端部は略台形状であり、その下底部分が軸線Ｑを中心とする円弧を構成するように外側に膨らんだような形状とされている。図２（ａ）に示されているコア１１のピッチ角度θp1、すなわち、隣接しあうコア１１の外側端部の中心点を結ぶ円弧の中心角に対する、コア１１の外側端部をなす円弧の中心角θa1の比率は０．５〜０．６の範囲内の数値に設定されている。
【００２８】
「磁性体群」を構成するＭ２個の磁性体２０は、軸線Ｑを基準として内側磁石群よりも外側で、軸線Ｑ回りの回転対称性（Ｍ２回対称性）を有するように配列されている。すなわち、磁性体群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ２）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された場合、当該回転前の磁性体群と、当該回転後の磁性体群とが完全に重なるように、Ｍ２個の磁性体２０が配置されている。
【００２９】
磁性体２０の配列態様の回転対称性はｍ２回対称性（ｍ２はＭ２の因数である。）であってもよい。磁性体２０の配列態様は回転対称性を有していなくてもよい。磁性体２０は電磁鋼板等の磁性材料を原料の一部又は全部として製造されている。
【００３０】
「外側磁石群」は軸線Ｑ回りの回転対称性としてＭ３回対称性を有するように配置されている。すなわち、外側磁石群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ３）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された又は位相がずらされた場合、当該回転前の外側磁石群と、当該回転後の外側磁石群とが完全に重なるように、Ｍ３個の外側磁石３０が当該軸線Ｑの周囲に配列されている。
【００３１】
「外側磁石群」の回転対称性と「内側磁極群」の回転対称性とは相違する。たとえば、Ｍ３が偶数であり、軸線Ｑ回りの一方向についてＮ極とＳ極との対が連続するように配列されている（Ｍ３／２）個のＮ極および（Ｍ３／２）個のＳ極により外側磁極群が構成されている場合、外側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ３／２）回対称性を有する。また、Ｍ３が６の倍数であり、軸線Ｑ回りの一方向について配列態様が同じ合計６個のＮ極とＳ極との組が連続するように配列されている、（ｙＭ１／６）個のＮ極（ｙ＝１，２，３，４，５）および（（６−ｘ）Ｍ１／６）個のＳ極により外側磁極群が構成されている場合、外側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ３／６）回対称性を有する。
【００３２】
外側磁石群の回転対称性はｍ３回対称性（ｍ３はＭ３の因数である。）であってもよい。外側磁石群又は外側磁極群は回転対称性を有していなくてもよい。各外側磁石３０のＮ極及びＳ極のうち一方の極が「外側磁極」を構成する。外側磁石３０の磁気分極方向は径方向内側（軸線Ｑに対して垂直な方向について軸線Ｑに近づく方向）に向かっている。
【００３３】
外側磁石３０の全部が、電磁鋼板などの磁性部材よりなるコア３１にコイル３２が巻きつけられて構成されている電磁石により構成されている。各外側磁石３０を構成するコイル３２に対してスリップリングを通じて外部電源から電力が供給される。各コイル３２の通電状態及びこれに応じた各外側磁石３０の励磁状態が、コンピュータによって構成されている制御装置によって制御されることにより、外側磁極の配列パターンが調節される。
【００３４】
外側磁石３０を構成する電磁石の励磁状態が制御されることにより、「外側磁石群」が軸線Ｑ回りの回転対称性を有していない場合でも、軸線Ｑ回りの回転対称性を有するように「外側磁極群」が実現されうる。
【００３５】
コア３１の内側端部は略台形状であり、その下底部分が軸線Ｑを中心とする円弧を構成するように内側に窪んだような形状とされている。図２（ｂ）に示されているコア３１のピッチ角度θP2、すなわち、隣接しあうコア３１の内側端部の中心点を結ぶ円弧の中心角に対する、コア３１の内側端部をなす円弧の中心角θa2の比率は０．５〜０．６の範囲内の数値に設定されている。
【００３６】
なお、内側磁石１０及び外側磁石３０のうち一部が電磁石ではなく永久磁石によって構成されていてもよい。
【００３７】
磁気変速装置は、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材、すなわち、第１部材１、第２部材２及び第３部材３を備えている。当該３つの部材１、２及び３は、軸線Ｑ回りに相対的に回転可能に構成されている「入力伝達部材（又は第１回転子）」、「固定部材（又は固定子）」及び「出力伝達部材（又は第２回転子）」の組み合わせを構成する。入力伝達部材の固定部材に対する相対的な回転力が、出力伝達部材の固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている。
【００３８】
たとえば、第１部材１が入力伝達部材を構成し、第２部材２が固定部材を構成し、第３部材３が出力伝達部材を構成する。第１部材１が入力伝達部材を構成し、第２部材２が出力伝達部材を構成し、第３部材３が固定部材を構成してもよい。第１部材１が出力伝達部材を構成し、第２部材２が固定部材を構成し、第３部材３が入力伝達部材を構成してもよい。
【００３９】
第１部材１、第２部材２及び第３部材３のそれぞれは、前記のような配置態様で内側磁石群、磁性体群及び外側磁石群のそれぞれを支持することを条件として、その形状は任意に変更されてもよい。
【００４０】
たとえば、図１に示されているように環状の第１部材１の外側に内側磁石１０が突出するように配置されている「突極型構造」のほか、環状の第１部材１の外周壁に設けられている凹部に内側磁石１０が収納される等、第１部材１の内側に内側磁石１０が配置されている「非突極型構造」が採用されてもよい。
【００４１】
同様に、図１に示されているように環状の第３部材３の内側に突出するように外側磁石３０が配置されている「突極型構造」のほか、環状の第３部材１の内周壁に設けられている凹部に外側磁石３０が収納される等、第３部材３の内側に外側磁石３０が配置されている「非突極型構造」が採用されてもよい。
【００４２】
（機能）
各コイル１２の通電状態の制御を通じて各内側磁石１０の励磁状態が制御されることにより、内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１が調節される。同様に、各コイル３２の通電状態の制御を通じて各外側磁石３０の励磁状態が制御されることにより、外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２が調節される。
【００４３】
磁極対について、磁極の配列パターンを模擬的に示す図３を用いて説明する。図３によれば、磁石が軸線Ｑ回りの配列順で線分上に配列された点として表わされ、Ｎ極が点から上にのびる線分として表わされ、Ｓ極が点から下にのびる線分として表わされ、無極が「○」により表わされている。
【００４４】
図３（ａ）に示されているようにＮ極とこれに隣接するＳ極との組、図３（ｂ）に示されているように隣接する複数のＮ極からなるＮ極群とこれに隣接するＳ極との組、図３（ｃ）に示されているように隣接する複数のＳ極からなるＳ極群とこれに隣接するＮ極、及び、図３（ｄ）に示されているようにＮ極群とこれに隣接するＳ極群との組のそれぞれが「磁極対」に該当する。
【００４５】
無極又は隣接する複数の無極により構成される無極群の両隣の２つの磁極は隣接しているとみなされる。このため、たとえば図３（ｅ）に示されているように無極を挟むＮ極及びＳ極の組み合わせも磁極対に該当する。また、図３（ｆ）に示されているように無極を挟むＮ極は同一のＮ極群を構成する。
【００４６】
内側磁極および外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されることにより、内側磁極対数Ｎ１と外側磁極対数Ｎ２との和が、磁性体数Ｎ０に一致するという「第１条件」が満たされるように、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が構成されてもよい。第１条件は関係式（１）により表現される。
【００４７】
Ｎ０＝Ｎ１＋Ｎ２ ‥（１）。
【００４８】
第１条件が満たされている場合、第１部材１及び第２部材２のそれぞれの、第３部材３に対する相対角速度は「正」である。すなわち、たとえば第２部材２が固定部材に該当する場合、入力伝達部材としての第１部材１の回転方向と出力伝達部材としての第３部材３の回転方向とは逆になる。第１条件が満たされている状態と、第１条件が満たされていない状態とが選択的に切り替えられるように、内側磁極及び外側磁極の配列パターンが制御されてもよい。
【００４９】
内側磁極および外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されることにより、内側磁極対数Ｎ１と外側磁極対数Ｎ２との差の絶対値が、磁性体数Ｎ０に一致するという「第２条件」が満たされるように、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が構成されてもよい。第２条件は関係式（２）により表現される。
【００５０】
Ｎ０＝｜Ｎ１−Ｎ２｜ ‥（２）。
【００５１】
第２条件が満たされている場合、第１部材１及び第３部材３のそれぞれの、第２部材２に対する相対角速度は「正」である。すなわち、たとえば第２部材２が固定部材に該当する場合、入力伝達部材としての第１部材１の回転方向と、出力伝達部材としての第３部材３の回転方向とは同じになる。第２条件が満たされている状態と、第２条件が満たされていない状態とが選択的に切り替えられるように、内側磁極及び外側磁極の配列パターンが制御されてもよい。
【００５２】
第１部材１が「入力伝達部材」として機能し、第３部材３が「出力伝達部材」として機能する場合、磁気変速装置は内側磁極対数Ｎ１に対する外側磁極対数Ｎ２の比「Ｎ２／Ｎ１」として表現される減速比の減速装置として機能する。これとは逆に第３部材３が「入力伝達部材」として機能し、第１部材１が「出力伝達部材」として機能する場合、磁気変速装置は内側磁極対数Ｎ１に対する外側磁極対数Ｎ２の比Ｎ２／Ｎ１として表現される増速比の増速装置として機能する。
【００５３】
（第１実施例）
第１実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（８，１４，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図４（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００５４】
たとえば、図４（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「４」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」である。また、磁性体数Ｎ０は「１４」である。このため、関係式（１）により表現されている「第１条件」が満たされている。
【００５５】
この状態で磁気変速装置は減速比「２．５」の減速装置として機能する。第１部材１のトルクは図５（ａ）に一点鎖線で示されているように第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ａ）に二点鎖線で示されているように第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ａ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。
【００５６】
図４（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件は満足されていない。
【００５７】
この状態で、磁気変速装置は減速比「５」の減速装置として機能する。第１部材１のトルクは図５（ｂ）に一点鎖線で示されているように第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ｂ）に二点鎖線で示されているように第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ｂ）から、第１部材１のトルク（入力トルク）も、第３部材３のトルク（出力トルク）も、図５（ａ）に示されている例と比較して波形が不規則的になっている(高調波成分が混ざっている)ことがわかる。
【００５８】
本発明の第１実施例の変形例として、図示は省略するが、磁性体群は軸線Ｑの周囲に１２回対称を有するように配列されている１２個の磁性体２０により構成され、その他の構成は変更がないものを考える。
【００５９】
この変形例では、磁性体数Ｎ０は「１２」である。このため、図４（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件は満足されている。この場合、磁気変速装置は減速比「５」の減速装置として機能する。
【００６０】
この状態で、第１部材１のトルクは図５（ｃ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ｃ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ｃ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。また、第１条件が満たされていることから、図５（ｂ）に示されている例と異なり比較して、第１部材１のトルク（入力トルク）も、第３部材３のトルク（出力トルク）も波形が規則的になっていることがわかる。
【００６１】
なお、第１部材１が出力側の動力伝達部材とされ、第３部材３が入力側の動力伝達部材とされることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、減速装置ではなく増速装置として機能する。
【００６２】
また、図４（ａ）の上下に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、増速比「２．５」の増速装置として機能する。さらに、図４（ｂ）の上下に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、増速比「５」の増速装置として機能する。
【００６３】
図４（ｃ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「３」であるため、第１条件は満足されていない。この場合、磁気変速装置は減速比「１．５」の減速装置として機能する。
【００６４】
（第２実施例）
第２実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（１６，１８，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図６（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００６５】
図６（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「８」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」である。また、磁性体数Ｎ０は「１８」であるため、第１条件が満たされている。この場合、磁気変速装置は、減速比「１．２５」の減速装置として機能する。
【００６６】
図６（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「４」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、磁気変速装置は、減速比「２．５」の減速装置として機能する。
【００６７】
（第３実施例）
第３実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（３２，２６，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図７（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００６８】
図７（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「１６」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第３実施形態の磁気変速装置は、増速比「１．６」の増速装置として機能する。
【００６９】
図７（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「５」であり、外側磁極対数Ｎ２が「５」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、第３実施形態の磁気変速装置は、減速比「１」のカップリング装置として機能する。
【００７０】
（第４実施例）
第３実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（３０，２０，３０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図８（ａ）〜（ｃ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００７１】
図８（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「５」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１５」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「３」の減速装置として機能する。
【００７２】
この状態で、第１部材１のトルクは図９（ａ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図９（ａ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図９（ａ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。
【００７３】
図８（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「７」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１３」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「１３／７≒１．８５」の減速装置として機能する。
【００７４】
図８（ｃ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「１０」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「１」の減速装置として機能する。
【００７５】
また、図８（ａ）に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第４実施形態の磁気変速装置は、増速比「３」の増速装置として機能する。
【００７６】
この状態で、第１部材１のトルクは図９（ｂ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図９（ｂ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図９（ｂ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が速い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が弱いことがわかる。
【００７７】
第１実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の制御により、当該電磁石によるその周辺の磁界（磁力線）の形成態様が変更され、その結果として当該磁界由来の動力の伝達態様が変更されうる。
【００７８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態としての磁気変速装置は、複数の磁気変速装置が組み合わせられた複合型の磁気変速装置として構成されている。複合型の磁気変速装置を構成する磁気変速装置のうち少なくとも一部として、第１実施形態又は後述する第３実施形態の磁気変速装置が採用される。
【００７９】
一例として、図１０に示されているように、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３が組み合わせられて構成されている変速装置について説明する。３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれは、前記の第１、第２及び第３実施例の磁気変速装置のそれぞれにより構成されている。
【００８０】
３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの第１部材１は、連結部材によって連結されている又は一体的に形成されている等、軸線Ｑ回りに一体的に回転可能に構成されている。同様に、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの第３部材３は、連結部材によって連結されている又は一体的に形成されている等、軸線Ｑ回りに一体的に回転可能に構成されている。
【００８１】
たとえば、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のうち、選択された１つの磁気変速装置のみにおいて入力伝達部材の回転力が出力伝達部材の回転力として伝達されるように、各磁気変速装置を構成する内側磁石１０及び外側磁石３０の励磁状態が制御される。
【００８２】
入力伝達部材の回転力が出力伝達部材の回転力として伝達される動力伝達装置として機能させる１つの磁気変速装置の選択処理と、当該選択に応じた各磁気変速装置を構成する内側磁石１０及び外側磁石３０の励磁状態の制御処理は、制御装置により実行される。
【００８３】
前記のように第１の磁気変速装置Ｔ１は、第１条件を満たしながら、減速比「２．５」の減速装置として機能する（図４（ａ）参照）。第１の磁気変速装置Ｔ１は、第１条件を満たさないものの、「５」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図４（ｂ）参照）。
【００８４】
また、第２の磁気変速装置Ｔ２は、第１条件を満たしながら、減速比「１．２５」の減速装置として機能する（図６（ａ）参照）。また、第２の磁気変速装置Ｔ２は、第１条件を満たさないものの、「２．５」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図６（ｂ）参照）。
【００８５】
さらに、第３の磁気変速装置Ｔ３は、第１条件を満たしながら、増速比「１．６」の増速装置として機能する（図７（ａ）参照）。また、第３の磁気変速装置Ｔ３は、第１条件を満たさないものの、「１」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図７（ｂ）参照）。
【００８６】
変速装置として機能させる磁気変速装置を順次切り替えていくことにより、磁気変速装置の変速比を円滑に変化させることができる。磁気変速装置は、車両の変速装置として利用されうる。
【００８７】
磁気変速装置が、電磁石に対する励磁状態の制御により第１条件を満足しうる一又は複数の「第１種の磁気変速装置」と、電磁石に対する励磁状態の制御により第２条件を満足しうる一又は複数の「第２種の磁気変速装置」とを備えていてもよい。たとえば、第１種及び第２種の磁気変速装置のそれぞれの第１部材１は、入力軸に連結されるとともに軸Ｑ回りに一体的に回転可能に構成され、第１種及び第２種の磁気変速装置のそれぞれの第３部材３は、出力軸に連結されるとともに軸Ｑ回りに一体的に回転可能に構成される。
【００８８】
当該構成の磁気変速装置によれば、第１種及び第２種の磁気変速装置が使い分けられることにより、入力軸の回転方向を一定方向に維持しながら、出力軸の回転方向を反転させることができる。
【００８９】
磁気変速装置の変速比として、第１条件が満たされている状態での変速比と、第１条件が満たされていない状態での変速比とが、制御装置により選択されてもよい。第１条件が満たされていない場合、第１条件が満たされている場合と比較して、入力トルクに対する出力トルクの波形は不規則的になる（図５（ａ）（ｂ）参照）。このように出力トルクに不規則性をもたせることが、当該出力トルクを動力として作動する制御対象にとって適当である場合、第１条件が満たされないような変速比が選択される。
【００９０】
第２実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、複数の磁気変速装置のうち１つを選択的に動力伝達装置として機能させることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００９１】
（第３実施形態）
入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の内側磁極群、構成が異なる複数の磁性体群又は構成が異なる複数の外側磁極群を支持するように構成され、軸線Ｑに対して平行な方向に対して入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材が相対的に変位されるように構成されていてもよい。
【００９２】
入力伝達部材から出力伝達部材に対して回転力を伝達するための内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターン、ひいては内側磁極対数Ｎ１、磁性体数Ｎ０及び外側磁極対数Ｎ２の組み合わせパターンが変更されうる。
【００９３】
内側磁極群の数、磁性体群の数及び外側磁極群の数は相互に同一であってもよく、異なっていてもよい。磁気変速装置は、同時に１つの当該組み合わせパターンのみが成立するように、軸線Ｑに平行な方向について、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の配列が調整されている。同時に２つ以上の当該組み合わせパターンが成立する一方、クラッチを介して１つの組み合わせパターンに応じたトルクのみが出力軸に伝達されるように構成されていてもよい。
【００９４】
たとえば、複合変速装置が、図１１（ａ）に示されているように１個の内側磁石群Ｇ１と、３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）と、１個の外側磁石群Ｇ３とを備えていてもよい。３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）の構成、すなわちその構成要素である磁性体の数又は配置は相互に異なっている。
【００９５】
内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群はアクチュエータにより軸線方向に相対的に動かされる。たとえば、磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１と内側磁石群Ｇ１とが軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１と内側磁石群Ｇ１とは共通のアクチュエータにより駆動されてもよい。
【００９６】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１−Ｇ２（１）−Ｇ３、Ｇ１−Ｇ２（２）−Ｇ３及びＧ１−Ｇ２（３）−Ｇ３の３つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【００９７】
また、複合変速装置が、図１１（ｂ）に示されているように２個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）と、３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）と、３個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）とを備えていてもよい。２個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）の構成、すなわちその構成要素である内側磁石の数又は配置は相互に異なっている。３個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）の構成、すなわちその構成要素である外側磁石の数又は配置は相互に異なっている。３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）の構成も相互に異なっている。
【００９８】
たとえば、磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）及び外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）が軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）は相互に連結され、共通のアクチュエータによって一体的に動かされてもよく、別個のアクチュエータにより別個に動かされてもよい。
【００９９】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１（１）−Ｇ２（１）−Ｇ３（１）、Ｇ１（１）−Ｇ２（２）−Ｇ３（２）、Ｇ１（１）−Ｇ２（３）−Ｇ３（３）、Ｇ１（２）−Ｇ２（１）−Ｇ３（１）、Ｇ１（２）−Ｇ２（２）−Ｇ３（２）及びＧ１（２）−Ｇ２（３）−Ｇ３（３）の６つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【０１００】
さらに、複合変速装置が、図１１（ｃ）に示されているように３個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）と、１個の磁性体群Ｇ２と、２個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）とを備えていてもよい。３個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）の構成は相互に異なっている。２個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）の構成も相互に異なっている。
【０１０１】
たとえば、外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）及び磁性体群Ｇ２が軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）は相互に連結され、共通のアクチュエータによって一体的に動かされてもよく、別個のアクチュエータにより別個に動かされてもよい。
【０１０２】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１（１）−Ｇ２−Ｇ３（１）、Ｇ１（１）−Ｇ２−Ｇ３（２）、Ｇ１（２）−Ｇ２−Ｇ３（１）、Ｇ１（２）−Ｇ２−Ｇ３（２）、Ｇ１（３）−Ｇ２−Ｇ３（１）及びＧ１（３）−Ｇ２−Ｇ３（２）の６つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【０１０３】
第３実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態により磁界の形成態様に加えて、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせが変更されることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【０１０４】
（応用例）
本発明の磁気変速装置がロボットに搭載され、電動モータから磁気変速装置を介して伝達される力によって、当該ロボットが駆動されてもよい。ロボットとしては、たとえば、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕部や脚部を屈伸運動させうる構成のロボットが採用される（再表０３／０９０９７８号公報及び再表０３／０９０９７９号公報など参照）。
【０１０５】
一例として、当該構成のロボットに図１２（ａ）〜（ｃ）に時系列的に示されているように、前方から飛んでくるボールを片手で持っているラケットで前方に打ち返すというタスクを実行させる場合について考える（特開２０１０−００５７６２号公報参照）。
【０１０６】
たとえば、第１条件又は第２条件が満たされている状態と、第１及び第２条件が満たされていない場合とが切り替えられることにより、ラケットを動かすために必要なトルクとして、前記のように磁気変速装置によって規則的な波形のトルク及び不規則的な波形のトルクが選択的に採用される（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【０１０７】
これにより、モータの動作は同じであっても、ボールの打ち返し方、さらには打ち返されたボールの軌道パターンに変化の幅を持たせることができる（図１２（ｃ）参照）。トルクの波形は、ボールの速度、ラケットによるボールの予測打点位置等の状況がセンサを通じて検知され、当該検知結果に応じて適応的に選択されてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１‥第１部材、２‥第２部材、３‥第３部材、１０‥内側磁石、２０‥磁性体、３０‥外側磁石、Ｑ‥軸線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周方向に配列された複数のＮ極及びＳ極を有するインナーリング及びアウターリングと、周方向に配列された複数の磁性体を有する中間リングとを備えているラジアル型の磁気変速装置が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。当該変速装置は、当該３つのリングのうち１つのリングに動力が入力され、他の１つのリングから動力が出力されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３３７８７１０号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】k.Atallah and D.Howe, “A Novel High-Performance Magnetic Gear” IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.37, NO.4, JULY 2001, p2844-2846
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、変速装置による動力の伝達態様が固定されている構成であるため、その応用範囲が限られてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、動力の伝達態様を変更可能な磁気変速装置を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同一の軸線の周囲において当該軸線を基準として内側から外側に順に配置されている内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群と、前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材であって、前記軸線回りに相対的に回転可能に構成されている入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材の組み合わせを構成する３つの部材とを備え、前記入力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力が、前記出力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている磁気変速装置に関する。
【０００８】
本発明の磁気変速装置は、前記内側磁極群及び前記外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記内側磁極群における磁極配列パターンと前記外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の制御により、当該電磁石によるその周辺の磁界（磁力線）の形成態様が変更され、その結果として当該磁界由来の動力の伝達態様が変更されうる。電磁石の励磁状態には、当該電磁石により構成される磁極をＮ極にする状態及び当該磁極をＳ極にする状態のほか、無極状態（電磁石として機能させない状態）が含まれる。
【００１０】
前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の前記内側磁極群、構成が異なる複数の前記磁性体群又は構成が異なる複数の前記外側磁極群を支持するように構成され、前記軸線の方向に対する前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材の相対変位により、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達するための前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群の組み合わせが変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１１】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態により磁界の形成態様に加えて、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせが変更されることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００１２】
前記磁気変速装置を複数の磁気変速装置として備えている複合型の磁気変速装置において、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記入力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、かつ、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記出力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記複数の磁気変速装置のうち前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達可能な一の磁気変速装置が選択される又は切り替えられるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、複数の磁気変速装置のうち１つを選択的に動力伝達装置として機能させることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００１４】
前記内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１と、前記外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２との和と、前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第１条件、又は、前記内側磁極対数Ｎ１及び前記外側磁極対数Ｎ２の差の絶対値と前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第２条件が満たされている状態で、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力が伝達されるように、前記電磁石の励磁状態が制御されるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
当該構成の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、第１条件又は第２条件が満たされ、出力伝達部材に発生するコギングトルクの影響が軽減される状態と、第１条件及び第２条件が満たされておらず、出力伝達部材に発生するコギングトルクの影響が顕著になる状態とが切り替えられる。
【００１６】
前記内側磁極群、前記外側磁極群及び前記磁性体群のそれぞれが前記軸線回りの回転対称性を有するように前記軸線の周囲に配置されることが好ましい。
【００１７】
当該構成の磁気変速装置によれば、入力伝達部材の回転態様と出力伝達部材の回転態様との相関関係が安定に維持されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態としての磁気変速装置の構成説明図。
【図２】内側磁石及び外側磁石の配置態様に関する説明図。
【図３】磁極の配置態様に関する説明図。
【図４】第１実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図５】第１実施例の磁気変速装置の機能に関する説明図。
【図６】第２実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図７】第３実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図８】第４実施例の磁気変速装置における内側及び外側磁極の配列パターンに関する説明図。
【図９】第４実施例の磁気変速装置の変速装置能に関する説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態としての磁気変速装置に関する説明図。
【図１１】本発明の第３実施形態としての磁気変速装置に関する説明図。
【図１２】本発明の磁気変速装置の応用例に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
（構成）
本発明の第１実施形態としての磁気変速装置は、図１に示されているように、軸線Ｑの周囲に配列され、当該軸線Ｑを基準として内側から外側に順に配置されているＭ１個の内側磁石１０により構成される「内側磁石群」と、Ｍ２個の磁性体２０により構成される「磁性体群」と、Ｍ３個の外側磁石３０により構成される「外側磁石群」とを備えている。軸線Ｑに対する遠近に応じて「外」及び「内」が区別されている。内側磁石群が「内側磁極群」を構成し、外側磁石群が「外側磁極群」を構成する。
【００２０】
内側磁石１０の数Ｍ１、磁性体２０の数Ｍ２及び外側磁石３０の数Ｍ３の組み合わせは任意に変更されうる。
【００２１】
「内側磁石群」は軸線Ｑ回りの回転対称性としてＭ１回対称性を有するように配置されている。すなわち、内側磁石群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ１）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された又は位相がずらされた場合、当該回転前の内側磁石群と、当該回転後の内側磁石群とが完全に重なるように、Ｍ１個の内側磁石１０が当該軸線Ｑの周囲に配列されている。
【００２２】
複数の要素が軸線Ｑ回りに回転対称性を有するように配置されていることは、当該軸線方向から見て当該複数の要素が軸線Ｑを中心として放射状に、周方向（軸線Ｑ回りの回転方向）に一定間隔で配列される等、周方向に所定のパターンで配列されていることを意味するということもできる。
【００２３】
「内側磁石群」の回転対称性と「内側磁極群」の回転対称性とは相違する。たとえば、Ｍ１が偶数であり、軸線Ｑ回りの一方向についてＮ極とＳ極との対が連続するように配列されている（Ｍ１／２）個のＮ極および（Ｍ１／２）個のＳ極により内側磁極群が構成されている場合、内側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ１／２）回対称性を有する。また、Ｍ１が４の倍数であり、軸線Ｑ回りの一方向について配列態様が同じ合計４個のＮ極とＳ極との組が連続するように配列されている、（ｘＭ１／４）個のＮ極（ｘ＝１，２，３）および（（４−ｘ）Ｍ１／４）個のＳ極により内側磁極群が構成されている場合、内側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ１／４）回対称性を有する。
【００２４】
内側磁石群の回転対称性はｍ１回対称性（ｍ１はＭ１の因数である。）であってもよい。内側磁石群又は内側磁極群は回転対称性を有していなくてもよい。各内側磁石１０のＮ極及びＳ極のうち一方の極が「内側磁極」を構成する。内側磁石１０の磁気分極方向は径方向外側（軸線Ｑに対して垂直な方向について軸線Ｑから遠ざかる方向）に向かっている。
【００２５】
内側磁石１０の全部が、電磁鋼板などの磁性部材よりなるコア１１にコイル１２が巻きつけられて構成されている電磁石により構成されている。各内側磁石１０を構成するコイル１２に対してスリップリングを通じて外部電源から電力が供給される。各コイル１２の通電状態及びこれに応じた各内側磁石１０の励磁状態が、コンピュータによって構成されている制御装置によって制御されることにより、内側磁極の配列パターンが調節される。
【００２６】
内側磁石１０を構成する電磁石の励磁状態が制御されることにより、「内側磁石群」が軸線Ｑ回りの回転対称性を有していない場合でも、軸線Ｑ回りの回転対称性を有するように「内側磁極群」が実現されうる。
【００２７】
コア１１の外側端部は略台形状であり、その下底部分が軸線Ｑを中心とする円弧を構成するように外側に膨らんだような形状とされている。図２（ａ）に示されているコア１１のピッチ角度θp1、すなわち、隣接しあうコア１１の外側端部の中心点を結ぶ円弧の中心角に対する、コア１１の外側端部をなす円弧の中心角θa1の比率は０．５〜０．６の範囲内の数値に設定されている。
【００２８】
「磁性体群」を構成するＭ２個の磁性体２０は、軸線Ｑを基準として内側磁石群よりも外側で、軸線Ｑ回りの回転対称性（Ｍ２回対称性）を有するように配列されている。すなわち、磁性体群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ２）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された場合、当該回転前の磁性体群と、当該回転後の磁性体群とが完全に重なるように、Ｍ２個の磁性体２０が配置されている。
【００２９】
磁性体２０の配列態様の回転対称性はｍ２回対称性（ｍ２はＭ２の因数である。）であってもよい。磁性体２０の配列態様は回転対称性を有していなくてもよい。磁性体２０は電磁鋼板等の磁性材料を原料の一部又は全部として製造されている。
【００３０】
「外側磁石群」は軸線Ｑ回りの回転対称性としてＭ３回対称性を有するように配置されている。すなわち、外側磁石群が軸線Ｑ回りに（２π／Ｍ３）［ｒａｄ］の整数倍だけ回転された又は位相がずらされた場合、当該回転前の外側磁石群と、当該回転後の外側磁石群とが完全に重なるように、Ｍ３個の外側磁石３０が当該軸線Ｑの周囲に配列されている。
【００３１】
「外側磁石群」の回転対称性と「内側磁極群」の回転対称性とは相違する。たとえば、Ｍ３が偶数であり、軸線Ｑ回りの一方向についてＮ極とＳ極との対が連続するように配列されている（Ｍ３／２）個のＮ極および（Ｍ３／２）個のＳ極により外側磁極群が構成されている場合、外側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ３／２）回対称性を有する。また、Ｍ３が６の倍数であり、軸線Ｑ回りの一方向について配列態様が同じ合計６個のＮ極とＳ極との組が連続するように配列されている、（ｙＭ１／６）個のＮ極（ｙ＝１，２，３，４，５）および（（６−ｘ）Ｍ１／６）個のＳ極により外側磁極群が構成されている場合、外側磁極群は軸線Ｑ回りの（Ｍ３／６）回対称性を有する。
【００３２】
外側磁石群の回転対称性はｍ３回対称性（ｍ３はＭ３の因数である。）であってもよい。外側磁石群又は外側磁極群は回転対称性を有していなくてもよい。各外側磁石３０のＮ極及びＳ極のうち一方の極が「外側磁極」を構成する。外側磁石３０の磁気分極方向は径方向内側（軸線Ｑに対して垂直な方向について軸線Ｑに近づく方向）に向かっている。
【００３３】
外側磁石３０の全部が、電磁鋼板などの磁性部材よりなるコア３１にコイル３２が巻きつけられて構成されている電磁石により構成されている。各外側磁石３０を構成するコイル３２に対してスリップリングを通じて外部電源から電力が供給される。各コイル３２の通電状態及びこれに応じた各外側磁石３０の励磁状態が、コンピュータによって構成されている制御装置によって制御されることにより、外側磁極の配列パターンが調節される。
【００３４】
外側磁石３０を構成する電磁石の励磁状態が制御されることにより、「外側磁石群」が軸線Ｑ回りの回転対称性を有していない場合でも、軸線Ｑ回りの回転対称性を有するように「外側磁極群」が実現されうる。
【００３５】
コア３１の内側端部は略台形状であり、その下底部分が軸線Ｑを中心とする円弧を構成するように内側に窪んだような形状とされている。図２（ｂ）に示されているコア３１のピッチ角度θP2、すなわち、隣接しあうコア３１の内側端部の中心点を結ぶ円弧の中心角に対する、コア３１の内側端部をなす円弧の中心角θa2の比率は０．５〜０．６の範囲内の数値に設定されている。
【００３６】
なお、内側磁石１０及び外側磁石３０のうち一部が電磁石ではなく永久磁石によって構成されていてもよい。
【００３７】
磁気変速装置は、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材、すなわち、第１部材１、第２部材２及び第３部材３を備えている。当該３つの部材１、２及び３は、軸線Ｑ回りに相対的に回転可能に構成されている「入力伝達部材（又は第１回転子）」、「固定部材（又は固定子）」及び「出力伝達部材（又は第２回転子）」の組み合わせを構成する。入力伝達部材の固定部材に対する相対的な回転力が、出力伝達部材の固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている。
【００３８】
たとえば、第１部材１が入力伝達部材を構成し、第２部材２が固定部材を構成し、第３部材３が出力伝達部材を構成する。第１部材１が入力伝達部材を構成し、第２部材２が出力伝達部材を構成し、第３部材３が固定部材を構成してもよい。第１部材１が出力伝達部材を構成し、第２部材２が固定部材を構成し、第３部材３が入力伝達部材を構成してもよい。
【００３９】
第１部材１、第２部材２及び第３部材３のそれぞれは、前記のような配置態様で内側磁石群、磁性体群及び外側磁石群のそれぞれを支持することを条件として、その形状は任意に変更されてもよい。
【００４０】
たとえば、図１に示されているように環状の第１部材１の外側に内側磁石１０が突出するように配置されている「突極型構造」のほか、環状の第１部材１の外周壁に設けられている凹部に内側磁石１０が収納される等、第１部材１の内側に内側磁石１０が配置されている「非突極型構造」が採用されてもよい。
【００４１】
同様に、図１に示されているように環状の第３部材３の内側に突出するように外側磁石３０が配置されている「突極型構造」のほか、環状の第３部材１の内周壁に設けられている凹部に外側磁石３０が収納される等、第３部材３の内側に外側磁石３０が配置されている「非突極型構造」が採用されてもよい。
【００４２】
（機能）
各コイル１２の通電状態の制御を通じて各内側磁石１０の励磁状態が制御されることにより、内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１が調節される。同様に、各コイル３２の通電状態の制御を通じて各外側磁石３０の励磁状態が制御されることにより、外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２が調節される。
【００４３】
磁極対について、磁極の配列パターンを模擬的に示す図３を用いて説明する。図３によれば、磁石が軸線Ｑ回りの配列順で線分上に配列された点として表わされ、Ｎ極が点から上にのびる線分として表わされ、Ｓ極が点から下にのびる線分として表わされ、無極が「○」により表わされている。
【００４４】
図３（ａ）に示されているようにＮ極とこれに隣接するＳ極との組、図３（ｂ）に示されているように隣接する複数のＮ極からなるＮ極群とこれに隣接するＳ極との組、図３（ｃ）に示されているように隣接する複数のＳ極からなるＳ極群とこれに隣接するＮ極、及び、図３（ｄ）に示されているようにＮ極群とこれに隣接するＳ極群との組のそれぞれが「磁極対」に該当する。
【００４５】
無極又は隣接する複数の無極により構成される無極群の両隣の２つの磁極は隣接しているとみなされる。このため、たとえば図３（ｅ）に示されているように無極を挟むＮ極及びＳ極の組み合わせも磁極対に該当する。また、図３（ｆ）に示されているように無極を挟むＮ極は同一のＮ極群を構成する。
【００４６】
内側磁極および外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されることにより、内側磁極対数Ｎ１と外側磁極対数Ｎ２との和が、磁性体数Ｎ０に一致するという「第１条件」が満たされるように、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が構成されてもよい。第１条件は関係式（１）により表現される。
【００４７】
Ｎ０＝Ｎ１＋Ｎ２ ‥（１）。
【００４８】
第１条件が満たされている場合、第１部材１及び第２部材２のそれぞれの、第３部材３に対する相対角速度は「正」である。すなわち、たとえば第２部材２が固定部材に該当する場合、入力伝達部材としての第１部材１の回転方向と出力伝達部材としての第３部材３の回転方向とは逆になる。第１条件が満たされている状態と、第１条件が満たされていない状態とが選択的に切り替えられるように、内側磁極及び外側磁極の配列パターンが制御されてもよい。
【００４９】
内側磁極および外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されることにより、内側磁極対数Ｎ１と外側磁極対数Ｎ２との差の絶対値が、磁性体数Ｎ０に一致するという「第２条件」が満たされるように、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群が構成されてもよい。第２条件は関係式（２）により表現される。
【００５０】
Ｎ０＝｜Ｎ１−Ｎ２｜ ‥（２）。
【００５１】
第２条件が満たされている場合、第１部材１及び第３部材３のそれぞれの、第２部材２に対する相対角速度は「正」である。すなわち、たとえば第２部材２が固定部材に該当する場合、入力伝達部材としての第１部材１の回転方向と、出力伝達部材としての第３部材３の回転方向とは同じになる。第２条件が満たされている状態と、第２条件が満たされていない状態とが選択的に切り替えられるように、内側磁極及び外側磁極の配列パターンが制御されてもよい。
【００５２】
第１部材１が「入力伝達部材」として機能し、第３部材３が「出力伝達部材」として機能する場合、磁気変速装置は内側磁極対数Ｎ１に対する外側磁極対数Ｎ２の比「Ｎ２／Ｎ１」として表現される減速比の減速装置として機能する。これとは逆に第３部材３が「入力伝達部材」として機能し、第１部材１が「出力伝達部材」として機能する場合、磁気変速装置は内側磁極対数Ｎ１に対する外側磁極対数Ｎ２の比Ｎ２／Ｎ１として表現される増速比の増速装置として機能する。
【００５３】
（第１実施例）
第１実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（８，１４，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図４（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００５４】
たとえば、図４（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「４」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」である。また、磁性体数Ｎ０は「１４」である。このため、関係式（１）により表現されている「第１条件」が満たされている。
【００５５】
この状態で磁気変速装置は減速比「２．５」の減速装置として機能する。第１部材１のトルクは図５（ａ）に一点鎖線で示されているように第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ａ）に二点鎖線で示されているように第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ａ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。
【００５６】
図４（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件は満足されていない。
【００５７】
この状態で、磁気変速装置は減速比「５」の減速装置として機能する。第１部材１のトルクは図５（ｂ）に一点鎖線で示されているように第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ｂ）に二点鎖線で示されているように第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ｂ）から、第１部材１のトルク（入力トルク）も、第３部材３のトルク（出力トルク）も、図５（ａ）に示されている例と比較して波形が不規則的になっている(高調波成分が混ざっている)ことがわかる。
【００５８】
本発明の第１実施例の変形例として、図示は省略するが、磁性体群は軸線Ｑの周囲に１２回対称を有するように配列されている１２個の磁性体２０により構成され、その他の構成は変更がないものを考える。
【００５９】
この変形例では、磁性体数Ｎ０は「１２」である。このため、図４（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件は満足されている。この場合、磁気変速装置は減速比「５」の減速装置として機能する。
【００６０】
この状態で、第１部材１のトルクは図５（ｃ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図５（ｃ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図５（ｃ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。また、第１条件が満たされていることから、図５（ｂ）に示されている例と異なり比較して、第１部材１のトルク（入力トルク）も、第３部材３のトルク（出力トルク）も波形が規則的になっていることがわかる。
【００６１】
なお、第１部材１が出力側の動力伝達部材とされ、第３部材３が入力側の動力伝達部材とされることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、減速装置ではなく増速装置として機能する。
【００６２】
また、図４（ａ）の上下に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、増速比「２．５」の増速装置として機能する。さらに、図４（ｂ）の上下に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第１実施形態の磁気変速装置は、増速比「５」の増速装置として機能する。
【００６３】
図４（ｃ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「２」であり、外側磁極対数Ｎ２が「３」であるため、第１条件は満足されていない。この場合、磁気変速装置は減速比「１．５」の減速装置として機能する。
【００６４】
（第２実施例）
第２実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（１６，１８，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図６（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００６５】
図６（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「８」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」である。また、磁性体数Ｎ０は「１８」であるため、第１条件が満たされている。この場合、磁気変速装置は、減速比「１．２５」の減速装置として機能する。
【００６６】
図６（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「４」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、磁気変速装置は、減速比「２．５」の減速装置として機能する。
【００６７】
（第３実施例）
第３実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（３２，２６，２０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図７（ａ）及び（ｂ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００６８】
図７（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「１６」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第３実施形態の磁気変速装置は、増速比「１．６」の増速装置として機能する。
【００６９】
図７（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「５」であり、外側磁極対数Ｎ２が「５」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、第３実施形態の磁気変速装置は、減速比「１」のカップリング装置として機能する。
【００７０】
（第４実施例）
第３実施例として（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（３０，２０，３０）であり、全ての磁石が電磁石により構成されている磁気変速装置について考察する。図８（ａ）〜（ｃ）には、図３と同様の形式で、上側に内側磁極の配列パターンが示され、下側に外側磁極の配列パターンが示されている。
【００７１】
図８（ａ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「５」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１５」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「３」の減速装置として機能する。
【００７２】
この状態で、第１部材１のトルクは図９（ａ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図９（ａ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図９（ａ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が低い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が強いことがわかる。
【００７３】
図８（ｂ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「７」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１３」であるため、第１条件が満たされている。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「１３／７≒１．８５」の減速装置として機能する。
【００７４】
図８（ｃ）に示されているように内側磁極及び外側磁極のそれぞれの配列パターンが制御されている状態では、内側磁極対数Ｎ１が「１０」であり、外側磁極対数Ｎ２が「１０」であるため、第１条件も第２条件も満たされていない。この場合、第４実施形態の磁気変速装置は、減速比「１」の減速装置として機能する。
【００７５】
また、図８（ａ）に示されている内側磁極の配列パターンと、外側磁極の配列パターンとが交換されることにより、第４実施形態の磁気変速装置は、増速比「３」の増速装置として機能する。
【００７６】
この状態で、第１部材１のトルクは図９（ｂ）に一点鎖線で示されているように、第１部材１の回転角度に伴って変化する一方、第３部材３のトルクは図９（ｂ）に二点鎖線で示されているように、第３部材３の回転角度とともに変化することが確認された。図９（ｂ）から、第１部材１の回転速度と比較して第３部材３の回転速度が速い一方、第１部材１のトルク（入力トルク）と比較して、第３部材３のトルク（出力トルク）が弱いことがわかる。
【００７７】
第１実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の制御により、当該電磁石によるその周辺の磁界（磁力線）の形成態様が変更され、その結果として当該磁界由来の動力の伝達態様が変更されうる。
【００７８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態としての磁気変速装置は、複数の磁気変速装置が組み合わせられた複合型の磁気変速装置として構成されている。複合型の磁気変速装置を構成する磁気変速装置のうち少なくとも一部として、第１実施形態又は後述する第３実施形態の磁気変速装置が採用される。
【００７９】
一例として、図１０に示されているように、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３が組み合わせられて構成されている変速装置について説明する。３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれは、前記の第１、第２及び第３実施例の磁気変速装置のそれぞれにより構成されている。
【００８０】
３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの第１部材１は、連結部材によって連結されている又は一体的に形成されている等、軸線Ｑ回りに一体的に回転可能に構成されている。同様に、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれの第３部材３は、連結部材によって連結されている又は一体的に形成されている等、軸線Ｑ回りに一体的に回転可能に構成されている。
【００８１】
たとえば、３つの磁気変速装置Ｔ１〜Ｔ３のうち、選択された１つの磁気変速装置のみにおいて入力伝達部材の回転力が出力伝達部材の回転力として伝達されるように、各磁気変速装置を構成する内側磁石１０及び外側磁石３０の励磁状態が制御される。
【００８２】
入力伝達部材の回転力が出力伝達部材の回転力として伝達される動力伝達装置として機能させる１つの磁気変速装置の選択処理と、当該選択に応じた各磁気変速装置を構成する内側磁石１０及び外側磁石３０の励磁状態の制御処理は、制御装置により実行される。
【００８３】
前記のように第１の磁気変速装置Ｔ１は、第１条件を満たしながら、減速比「２．５」の減速装置として機能する（図４（ａ）参照）。第１の磁気変速装置Ｔ１は、第１条件を満たさないものの、「５」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図４（ｂ）参照）。
【００８４】
また、第２の磁気変速装置Ｔ２は、第１条件を満たしながら、減速比「１．２５」の減速装置として機能する（図６（ａ）参照）。また、第２の磁気変速装置Ｔ２は、第１条件を満たさないものの、「２．５」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図６（ｂ）参照）。
【００８５】
さらに、第３の磁気変速装置Ｔ３は、第１条件を満たしながら、増速比「１．６」の増速装置として機能する（図７（ａ）参照）。また、第３の磁気変速装置Ｔ３は、第１条件を満たさないものの、「１」等のさまざまな減速比の減速装置又は増速装置として機能する（図７（ｂ）参照）。
【００８６】
変速装置として機能させる磁気変速装置を順次切り替えていくことにより、磁気変速装置の変速比を円滑に変化させることができる。磁気変速装置は、車両の変速装置として利用されうる。
【００８７】
磁気変速装置が、電磁石に対する励磁状態の制御により第１条件を満足しうる一又は複数の「第１種の磁気変速装置」と、電磁石に対する励磁状態の制御により第２条件を満足しうる一又は複数の「第２種の磁気変速装置」とを備えていてもよい。たとえば、第１種及び第２種の磁気変速装置のそれぞれの第１部材１は、入力軸に連結されるとともに軸Ｑ回りに一体的に回転可能に構成され、第１種及び第２種の磁気変速装置のそれぞれの第３部材３は、出力軸に連結されるとともに軸Ｑ回りに一体的に回転可能に構成される。
【００８８】
当該構成の磁気変速装置によれば、第１種及び第２種の磁気変速装置が使い分けられることにより、入力軸の回転方向を一定方向に維持しながら、出力軸の回転方向を反転させることができる。
【００８９】
磁気変速装置の変速比として、第１条件が満たされている状態での変速比と、第１条件が満たされていない状態での変速比とが、制御装置により選択されてもよい。第１条件が満たされていない場合、第１条件が満たされている場合と比較して、入力トルクに対する出力トルクの波形は不規則的になる（図５（ａ）（ｂ）参照）。このように出力トルクに不規則性をもたせることが、当該出力トルクを動力として作動する制御対象にとって適当である場合、第１条件が満たされないような変速比が選択される。
【００９０】
第２実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態の変更によって、複数の磁気変速装置のうち１つを選択的に動力伝達装置として機能させることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【００９１】
（第３実施形態）
入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の内側磁極群、構成が異なる複数の磁性体群又は構成が異なる複数の外側磁極群を支持するように構成され、軸線Ｑに対して平行な方向に対して入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材が相対的に変位されるように構成されていてもよい。
【００９２】
入力伝達部材から出力伝達部材に対して回転力を伝達するための内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターン、ひいては内側磁極対数Ｎ１、磁性体数Ｎ０及び外側磁極対数Ｎ２の組み合わせパターンが変更されうる。
【００９３】
内側磁極群の数、磁性体群の数及び外側磁極群の数は相互に同一であってもよく、異なっていてもよい。磁気変速装置は、同時に１つの当該組み合わせパターンのみが成立するように、軸線Ｑに平行な方向について、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の配列が調整されている。同時に２つ以上の当該組み合わせパターンが成立する一方、クラッチを介して１つの組み合わせパターンに応じたトルクのみが出力軸に伝達されるように構成されていてもよい。
【００９４】
たとえば、複合変速装置が、図１１（ａ）に示されているように１個の内側磁石群Ｇ１と、３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）と、１個の外側磁石群Ｇ３とを備えていてもよい。３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）の構成、すなわちその構成要素である磁性体の数又は配置は相互に異なっている。
【００９５】
内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群はアクチュエータにより軸線方向に相対的に動かされる。たとえば、磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１と内側磁石群Ｇ１とが軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１と内側磁石群Ｇ１とは共通のアクチュエータにより駆動されてもよい。
【００９６】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１−Ｇ２（１）−Ｇ３、Ｇ１−Ｇ２（２）−Ｇ３及びＧ１−Ｇ２（３）−Ｇ３の３つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【００９７】
また、複合変速装置が、図１１（ｂ）に示されているように２個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）と、３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）と、３個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）とを備えていてもよい。２個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）の構成、すなわちその構成要素である内側磁石の数又は配置は相互に異なっている。３個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）の構成、すなわちその構成要素である外側磁石の数又は配置は相互に異なっている。３個の磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）の構成も相互に異なっている。
【００９８】
たとえば、磁性体群Ｇ２（１）〜Ｇ２（３）及び外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（３）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）が軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（２）は相互に連結され、共通のアクチュエータによって一体的に動かされてもよく、別個のアクチュエータにより別個に動かされてもよい。
【００９９】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１（１）−Ｇ２（１）−Ｇ３（１）、Ｇ１（１）−Ｇ２（２）−Ｇ３（２）、Ｇ１（１）−Ｇ２（３）−Ｇ３（３）、Ｇ１（２）−Ｇ２（１）−Ｇ３（１）、Ｇ１（２）−Ｇ２（２）−Ｇ３（２）及びＧ１（２）−Ｇ２（３）−Ｇ３（３）の６つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【０１００】
さらに、複合変速装置が、図１１（ｃ）に示されているように３個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）と、１個の磁性体群Ｇ２と、２個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）とを備えていてもよい。３個の内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）の構成は相互に異なっている。２個の外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）の構成も相互に異なっている。
【０１０１】
たとえば、外側磁石群Ｇ３（１）〜Ｇ３（２）が固定される一方、内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）及び磁性体群Ｇ２が軸線方向に動かされる（両矢印参照）。内側磁石群Ｇ１（１）〜Ｇ１（３）は相互に連結され、共通のアクチュエータによって一体的に動かされてもよく、別個のアクチュエータにより別個に動かされてもよい。
【０１０２】
これにより、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせパターンとして、Ｇ１（１）−Ｇ２−Ｇ３（１）、Ｇ１（１）−Ｇ２−Ｇ３（２）、Ｇ１（２）−Ｇ２−Ｇ３（１）、Ｇ１（２）−Ｇ２−Ｇ３（２）、Ｇ１（３）−Ｇ２−Ｇ３（１）及びＧ１（３）−Ｇ２−Ｇ３（２）の６つのパターンの中から１つが適応的に選択されうる。
【０１０３】
第３実施形態の磁気変速装置によれば、電磁石の励磁状態により磁界の形成態様に加えて、内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群の組み合わせが変更されることにより、入力伝達部材から出力伝達部材に対する回転力の伝達態様の変更の幅が拡張されうる。
【０１０４】
（応用例）
本発明の磁気変速装置がロボットに搭載され、電動モータから磁気変速装置を介して伝達される力によって、当該ロボットが駆動されてもよい。ロボットとしては、たとえば、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕部や脚部を屈伸運動させうる構成のロボットが採用される（再表０３／０９０９７８号公報及び再表０３／０９０９７９号公報など参照）。
【０１０５】
一例として、当該構成のロボットに図１２（ａ）〜（ｃ）に時系列的に示されているように、前方から飛んでくるボールを片手で持っているラケットで前方に打ち返すというタスクを実行させる場合について考える（特開２０１０−００５７６２号公報参照）。
【０１０６】
たとえば、第１条件又は第２条件が満たされている状態と、第１及び第２条件が満たされていない場合とが切り替えられることにより、ラケットを動かすために必要なトルクとして、前記のように磁気変速装置によって規則的な波形のトルク及び不規則的な波形のトルクが選択的に採用される（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【０１０７】
これにより、モータの動作は同じであっても、ボールの打ち返し方、さらには打ち返されたボールの軌道パターンに変化の幅を持たせることができる（図１２（ｃ）参照）。トルクの波形は、ボールの速度、ラケットによるボールの予測打点位置等の状況がセンサを通じて検知され、当該検知結果に応じて適応的に選択されてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１‥第１部材、２‥第２部材、３‥第３部材、１０‥内側磁石、２０‥磁性体、３０‥外側磁石、Ｑ‥軸線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の軸線の周囲において当該軸線を基準として内側から外側に順に配置されている内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群と、
前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材であって、前記軸線回りに相対的に回転可能に構成されている入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材の組み合わせを構成する３つの部材とを備え、
前記入力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力が、前記出力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている磁気変速装置であって、
前記内側磁極群及び前記外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記内側磁極群における磁極配列パターンと前記外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御されるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気変速装置において、
前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の前記内側磁極群、構成が異なる複数の前記磁性体群又は構成が異なる複数の前記外側磁極群を支持するように構成され、
前記軸線の方向に対する前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材の相対変位により、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達するための前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群の組み合わせが変更可能に構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気変速装置を複数の磁気変速装置として備えている複合型の磁気変速装置において、
前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記入力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、かつ、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記出力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、
前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記複数の磁気変速装置のうち前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達可能な一の磁気変速装置が選択される又は切り替えられるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の磁気変速装置において、
前記内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１と、前記外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２との和と、前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第１条件、又は、前記内側磁極対数Ｎ１及び前記外側磁極対数Ｎ２の差の絶対値と前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第２条件が満たされている状態で、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力が伝達されるように、前記電磁石の励磁状態が制御されるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の磁気変速装置において、
前記内側磁極群、前記外側磁極群及び前記磁性体群のそれぞれが前記軸線回りの回転対称性を有するように前記軸線の周囲に配置されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項１】
同一の軸線の周囲において当該軸線を基準として内側から外側に順に配置されている内側磁極群、磁性体群及び外側磁極群と、
前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群のそれぞれを支持する３つの部材であって、前記軸線回りに相対的に回転可能に構成されている入力伝達部材、固定部材及び出力伝達部材の組み合わせを構成する３つの部材とを備え、
前記入力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力が、前記出力伝達部材の前記固定部材に対する相対的な回転力として伝達されるように構成されている磁気変速装置であって、
前記内側磁極群及び前記外側磁極群のうち少なくとも一部の磁極が電磁石により構成され、前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記内側磁極群における磁極配列パターンと前記外側磁極群における磁極配列パターンとの組み合わせが制御されるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気変速装置において、
前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材のうち少なくとも１つの部材が、構成が異なる複数の前記内側磁極群、構成が異なる複数の前記磁性体群又は構成が異なる複数の前記外側磁極群を支持するように構成され、
前記軸線の方向に対する前記入力伝達部材、前記固定部材及び前記出力伝達部材の相対変位により、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達するための前記内側磁極群、前記磁性体群及び前記外側磁極群の組み合わせが変更可能に構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気変速装置を複数の磁気変速装置として備えている複合型の磁気変速装置において、
前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記入力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、かつ、前記複数の磁気変速装置のそれぞれを構成する前記出力伝達部材が一体的に形成され又は直接的若しくは間接的に連結され、
前記電磁石の励磁状態が制御されることにより、前記複数の磁気変速装置のうち前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力を伝達可能な一の磁気変速装置が選択される又は切り替えられるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の磁気変速装置において、
前記内側磁極群に含まれる磁極対の数である内側磁極対数Ｎ１と、前記外側磁極群に含まれる磁極対の数である外側磁極対数Ｎ２との和と、前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第１条件、又は、前記内側磁極対数Ｎ１及び前記外側磁極対数Ｎ２の差の絶対値と前記磁性体の数Ｎ０とが等しいという第２条件が満たされている状態で、前記入力伝達部材から前記出力伝達部材に対して回転力が伝達されるように、前記電磁石の励磁状態が制御されるように構成されていることを特徴とする磁気変速装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の磁気変速装置において、
前記内側磁極群、前記外側磁極群及び前記磁性体群のそれぞれが前記軸線回りの回転対称性を有するように前記軸線の周囲に配置されていることを特徴とする磁気変速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３５５５４（Ｐ２０１２−２３５５５４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００７１１（Ｐ２０１１−１００７１１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５１０３２４９０８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（５１０３２４９０８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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