磁気歯車装置
【課題】構造物をバランス良く支持することができる磁気歯車装置を提供する。
【解決手段】入力回転軸１の軸線周りに設けた磁力発生面を径方向外側に向けて設けた入力側磁気歯車２と、入力側磁気歯車２を同軸状に囲んで設けられた磁力発生面を入力側磁気歯車２の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた出力側磁気歯車３と、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間に周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材４と、出力側磁気歯車３の入力回転軸１と軸方向反対側の端部に接続された出力回転軸５とを備え、入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材４の力回転軸５側端部に、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３、及び、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４、それぞれの間における径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構６、及び第２支持機構７を備える。
【解決手段】入力回転軸１の軸線周りに設けた磁力発生面を径方向外側に向けて設けた入力側磁気歯車２と、入力側磁気歯車２を同軸状に囲んで設けられた磁力発生面を入力側磁気歯車２の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた出力側磁気歯車３と、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間に周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材４と、出力側磁気歯車３の入力回転軸１と軸方向反対側の端部に接続された出力回転軸５とを備え、入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材４の力回転軸５側端部に、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３、及び、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４、それぞれの間における径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構６、及び第２支持機構７を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の磁気吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速装置としては、高効率での伝動が比較的容易に可能な歯車装置が広く一般に用いられているが、その他に磁石の磁気的吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置がある。
【０００３】
磁気歯車装置の従来技術として、例えば、同心状に配置した内輪磁気歯車と外輪磁気歯車の間に磁気を透過する複数の磁性バーを環状に配置し、内輪磁気歯車に入力したトルクを外輪磁気歯車に伝達するものがある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３，３７８，７１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術のような構造の磁気歯車装置においては、装置に対する入出力用の回転軸等を接続し、内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等を周方向に相対回転可能な状態に支持した状態でトルクの伝達を行わなければならない。また、磁気歯車装置に用いる磁石や磁性バーなどの構造体は、磁気歯車装置として必要な特性を有する物質の特性上、かなりの重量物にならざるを得ない。したがって、これらの構造物を支持する支持構造は、重量物である構造物をバランスよく支持することが非常に重要となってくる。しかしながら、上記従来技術においては、磁気歯車装置における内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等の支持構造については言及されておらず、この点について改善の必要性がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、構造物をバランス良く支持することができる磁気歯車装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、第１回転軸と、第１回転軸の一端に接続され、該第１回転軸の軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第１磁気歯車と、前記第１磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を前記第１磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第２磁気歯車と、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第１磁気歯車と第２磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、前記第２磁気歯車の前記第１回転軸と軸方向反対側の端部に前記第１回転軸の軸線上に接続された第２回転軸と、前記第１磁気歯車及び前記第２磁気歯車の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構と、前記第２磁気歯車及び前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第２磁気歯車と前記磁気経路部材との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構とを備えたものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構造物をバランス良く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸に垂直な面における断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸を含む面における断面図である。
【図３】図１における冷媒流路部分をその周辺構成と共に示す拡大断面図である。
【図４】図３の冷媒流路部分の軸方向の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】磁気歯車装置の組み立て工程の初期段階を示す図である。
【図６】磁気歯車装置の組み立て工程の第一段階を示す図である。
【図７】磁気歯車装置の組み立て工程の第二段階を示す図である。
【図８】磁気歯車装置の組み立て工程の最終段階を示す図である。
【図９】磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程におけるベアリング部材を取り外す様子を示す図である。
【図１０】磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程におけるベアリング部材を取り付ける様子を示す図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を備えたガスタービン発電機を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）装置構成
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１１は、本実施の形態に係る磁気歯車装置１００を備えたガスタービン発電機を概略的に示す図である。
【００１２】
図１１において、ガスタービン発電機は、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機９０と、圧縮機９０からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器９１と、燃焼器９１からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン９２と、タービン９２と圧縮機９０とを連結し、タービン９２の回転を圧縮機９０に伝達する中間軸９３と、圧縮機９０に接続され、タービン９２及び中間軸９３の回転により回転駆動される入力回転軸１と、入力回転軸１及び出力回転軸５に接続され、入力回転軸１への入力回転数を変換して出力回転軸５に出力する磁気歯車装置１００と、出力回転軸５に接続され、出力回転軸５の回転数に応じて発電を行う発電機９４とを備えている。入力回転軸１、出力回転軸５、及びその他の回転軸は同軸上に配置され、複数の軸受９５及びスラスト軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置１００を概略的に示す図であり、図１は回転軸に垂直な面における断面図、図２は回転軸を含む面における断面図である。
【００１４】
図１及び図２において、磁気歯車装置１００は、略円柱状の入力側磁気歯車２と、入力側磁気歯車２を同軸状に囲むように配置された略円筒状の出力側磁気歯車３と、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間に配置された複数の磁気経路部材４とを有している。磁気経路部材４は後述する磁気経路部材ホルダー４１により保持されている。入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３、及び、磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４は、互いに径方向に離間して配置されており、回転駆動によって接触しないように構成されている。また、入力側磁気歯車２は、その軸方向一端において入力回転軸１と同軸上に接続されている。同様に、出力側磁気歯車３は、その軸方向他端（入力回転軸１と反対側の一端）において出力回転軸５と同軸上に接続されている。すなわち、入力回転軸１と出力回転軸５は同軸上に、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３は同軸状に配置されている。
【００１５】
入力側磁気歯車２は、入力回転軸１の軸線上に沿うように設けられた軸中心部２１と、軸中心部２１の外周を覆うように配置された鉄心２５と、鉄心２５中に周方向に並べて埋設された複数の磁石２４とから構成されている。鉄心２５は、互いに絶縁した薄板状の部材（例えば、珪素鋼板）を軸方向に積層することによって形成されている。また、複数の磁石２４は、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されており、軸中心部２１に沿って軸方向に延在するよう配置されている。複数の磁石２４は、それぞれ、磁極（Ｎ極２４ａおよびＳ極２４ｂ）を周方向に向けて、かつ、隣り合う磁石２４の互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。入力側磁気歯車２において、隣り合う磁石２４の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向外側に作用する。つまり、入力側磁気歯車２においては、その外周面（径方向外側の面）が磁力発生面となる。このように、入力側磁気歯車２は、入力回転軸１の軸線周りに設けた鉄心２５に複数の磁石２４を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けている。
【００１６】
出力側磁気歯車３は、略円筒状に形成され入力側磁気歯車２と同軸状に配置された外郭構造部３１と、外郭構造部３１の内周を覆うように配置された鉄心３３と、鉄心３３中に周方向に並べて埋設された複数の磁石３２とから構成されている。鉄心３３は、互いに絶縁した薄板状の部材（例えば、珪素鋼板）を軸方向に積層することによって形成されている。また、複数の磁石３２は、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されており、外郭構造部３１に沿って軸方向に延在するよう配置されている。複数の磁石３２は、それぞれ、磁極（Ｎ極３２ａおよびＳ極３２ｂ）を周方向に向けて、かつ、隣り合う磁石３２の互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。出力側磁気歯車３において、隣り合う磁石３２の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向内側に作用する。つまり、出力側磁気歯車３においては、その内周面（径方向内側の面）が磁力発生面となる。このように、出力側磁気歯車３は、入力側磁気歯車２を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心３３に複数の磁石３２を周方向に並べて配置した磁力発生面を入力側磁気歯車２の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けている。
【００１７】
磁気経路部材４は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間に同軸状に形成された樹脂製（例えば、非金属材料であるＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）の磁気経路部材ホルダー４１により保持されることにより、周方向に複数並べて配置されている。磁気経路部材ホルダー４１には、軸方向に延在する穴が周方向に等間隔に複数設けられており、この穴に、互いに絶縁した薄板状の電磁鋼製部材を軸方向に積層することにより、磁気経路部材４が軸方向に延在するよう形成されている。これにより、磁気経路部材４１は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間において、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の磁極間に介在するように周方向に並べて配置されている。
【００１８】
ここで、図２に加え、図３及び図４を参照しつつ、磁気歯車装置１００の詳細についてさらに説明する。図３は図２における磁気歯車と回転軸の接続部分を拡大して示す図であり、図４は図３における支持機構部分をさらに拡大して示す図である。
【００１９】
入力回転軸１は、入力側磁気歯車２側の端部にフランジ構造部１ａを有している。フランジ構造部１ａは、入力側磁気歯車２と同程度の直径となるよう構成されており、入力回転軸１及び入力側磁気歯車２の回転時においても、他の部材と接触しないよう形成されている。フランジ構造部１ａを軸方向から複数のボルト１ｂで入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合することにより、入力回転軸１は入力側磁気歯車２に接続されている。また、フランジ構造部１ａが入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されることにより、磁石２４及び鉄心２５が軸方向から保持されている。
【００２０】
入力側磁気歯車２は、入力回転軸１と反対側の端部に端部構造部２ａを有している。端部構造部２ａは、軸方向から複数のボルト２ｂで入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されている。端部構造部２ａが入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されることにより、磁石２４及び鉄心２５が軸方向から保持されている。
【００２１】
出力回転軸５は、出力側磁気歯車３側の端部にフランジ構造部５ａを有している。フランジ構造部５ａは、出力側磁気歯車３と同程度の直径となるよう構成されており、出力回転軸５及び出力側磁気歯車３の回転時においても、他の部材と接触しないよう形成されている。フランジ構造部５ａを軸方向から複数のボルト５ｂで出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合することにより、出力回転軸５は出力側磁気歯車３に接続されている。また、フランジ構造部５ａが出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されることにより、磁石３２及び鉄心３３が軸方向から保持されている。
【００２２】
出力側磁気歯車３は、出力回転軸５と反対側の端部に端部構造部３ａを有している。端部構造部３ａは、軸方向から複数のボルト３ｂで出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されている。端部構造部３ａが出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されることにより、磁石３２及び鉄心３３が軸方向から保持されている。
【００２３】
磁気経路部材４は、入力回転軸１側の端部に保持構造部４３を有している。保持構造部４３は、軸方向から複数のボルト４３ｂで磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に結合されている。保持構造部４３が磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に結合されることにより、磁気経路部材４が軸方向から保持されている。また、保持構造部４３は、ガスタービン発電機に設けられた基部９９（後の図８等参照）等に複数のボルト９９ｂにより固設されている。これにより、磁気経路部材４及び磁気経路部材ホルダー４１は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間において、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の磁極間に介在するように周方向に並べて配置され、固設されている。また、磁気経路部材４は、出力回転軸５側の端部に端部構造部４ａを有している。端部構造部４ａは、軸方向から複数のボルト４ｂで磁気経路部材ホルダー４１に結合されている。端部構造部４ａが磁気経路部材ホルダー４１に結合されることにより、磁気経路部材４が軸方向から保持されている。
【００２４】
また、図２〜図４に示すように、磁気歯車装置１００は、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３の出力回転軸５側端部に設けられ、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構６と、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４の出力回転軸５側端部に設けられ、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構７とを備えている。
【００２５】
第１支持機構６は、入力側磁気歯車２の出力回転軸５側端部（つまり、端部構造部２ａ）に軸線に沿って突出して設けられた支持突起６１と、出力回転軸５の入力側磁気歯車２側端部に支持突起６１を軸方向から挿入可能に設けられた支持凹部６２と、支持突起６１と支持凹部６２の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材６３とを備えている。
【００２６】
支持突起６１は、段差部６１ａを境に先端側（出力回転軸５側、図２〜図４中右側）の外径が小さくなるよう形成されている。また、ベアリング部材６３は、その内径が支持突起６１の先端側の外径に合うよう形成されている。そして、ベアリング部材６３は、支持突起６１の先端側から段差部６１ａまで挿入され、段差部６１ａによって軸方向の入力側磁気歯車２側への移動が制限される。
【００２７】
支持凹部６２は、その内径がペアリング部材６３の外径に合うように形成されている。また、支持凹部６２は、段差部６２ａを境に奥側（出力回転軸５側、図２〜図４中左側）の内径が小さくなるよう形成されている。そして、ベアリング部材６３は、支持凹部６２の開口側（入力側磁気歯車２側）から段差部６２ａまで挿入され、段差部６２ａによって軸方向の出力回転軸５側への移動が制限される。
【００２８】
支持突起６１の軸方向の長さや段差部６１ａの位置、支持凹部６２の軸方向の深さや段差部６１ａの位置、ベアリング部材６３の軸方向の幅などの寸法は、支持突起６１や支持凹部６２を有する入力側磁気歯車２や出力回転軸５が互いに接触しないように設定されている。
【００２９】
第２支持機構７は、磁気経路部材４の出力回転軸５側端部（つまり、端部構造部４ａ）に軸線周りに円環状に延在するよう突出して設けられた支持突起７１と、出力回転軸５の入力側磁気歯車２側端部に支持突起７１を軸方向から挿入可能なように軸線周りに円環状に延在するように設けられた支持凹部７２と、支持突起７１と支持凹部７２の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材７３とを備えている。
【００３０】
支持突起７１は、段差部７１ａを境に先端側（出力回転軸５側、図２〜図４中右側）の外径（すなわち、円環状の支持突起７１の外径）が小さくなるよう形成されている。また、ベアリング部材７３は、その内径が支持突起７１の先端側の外径に合うよう形成されている。そして、ベアリング部材７３は、支持突起７１の先端側から段差部７１ａまで挿入され、段差部７１ａによって軸方向の入力側磁気歯車２側への移動が制限される。
【００３１】
支持凹部７２は、その内径がペアリング部材７３の外径に合うように形成されている。また、支持凹部７２は、段差部７２ａを境に奥側（出力回転軸５側、図２〜図４中左側）の内径（すなわち、円環状の支持凹部７２の径方向外側の内壁の径）が小さくなるよう形成されている。そして、ベアリング部材７３は、支持凹部７２の開口側（入力側磁気歯車２側）から段差部７２ａまで挿入され、段差部７２ａによって軸方向の出力回転軸５側への移動が制限される。
【００３２】
支持突起７１の軸方向の長さや段差部７１ａの位置、支持凹部７２の軸方向の深さや段差部７１ａの位置、ベアリング部材７３の軸方向の幅などの寸法は、支持突起７１や支持凹部７２を有する磁気経路部材４や出力回転軸５が互いに接触しないように設定されている。
【００３３】
このように、第１支持機構６および第２支持機構７によって、磁気歯車装置１００を構成する入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３、及び、磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４は、径方向への相対移動が抑制されることにより中心軸のずれが抑制されつつ、周方向への相対移動が可能に支持されている。
【００３４】
入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３のそれぞれにおいて、磁力発生面の複数の磁石２４，３２は、軸線に垂直な面における重心が軸線上となるよう重量計算され配置されている。すなわち、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３のそれぞれにおいて、磁石２４，３２の重量が配置前に測定されており、磁石２４，３２による重心が軸線上、すなわち、回転中心になるように配置される。また、入力回転軸１のフランジ部１ａ、入力側磁気歯車２の端部構造部２ａ、出力側磁気歯車３の端部構造部３ａ、出力回転軸５のフランジ部５ａの軸方向外側には、それぞれ複数のバランスウェイト１ｃ，２ｃ，３ｃ，５ｃが配置されている。このバランスウェイト１ｃ，２ｃ，３ｃ，５ｃの周方向および径方向の位置を調整することにより、磁石２４，３２の配置により調整した回転バランスの微調整を行うことができる。
【００３５】
（２）動作原理
ここで、磁気歯車装置１００の入力回転軸１と出力回転軸５の回転数の関係について説明する。
【００３６】
磁気歯車装置１００の入力回転軸１（入力側磁気歯車２）の回転数と出力回転軸５（出力側磁気歯車３）の回転数の関係は、入力側磁気歯車２の磁力発生面における極性対数と出力側磁気歯車３の磁力発生面における極性対数の比により決まる。言い換えると、入力回転軸１の回転数と出力回転軸５の回転数の関係は、入力側磁気歯車２の磁石２４の極性対数と出力側磁気歯車３の磁石３２の極性対数の比で決まるということである。つまり、入力回転軸１の回転数（入力回転数）をＮｉｎ、入力側磁気歯車２に設けられた磁石２４の極性対数をＸｉｎ、出力回転軸５の回転数（出力回転数）をＮｏｕｔ、出力側磁気歯車３に設けられた磁石３２の極性対数をＸｏｕｔとすると、入力回転数Ｎｉｎと出力回転数Ｎｏｕｔの関係は以下の式１で表される。
【００３７】
Ｎｉｎ：Ｎｏｕｔ＝Ｘｏｕｔ：Ｘｉｎ ・・・（式１）
例えば、本実施の形態（図１参照）に示したように、磁石２４の極性対数を７、磁石３２の極性対数を１７とすると、入力回転数Ｎｉｎと出力回転数Ｎｏｕｔの比は、１７：７となる。
【００３８】
入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間の伝達可能トルクは、磁石２４，３２の体積が増えるに従って増加する。その際、鉄心２５，３３、磁気経路部材４は、磁気飽和を起こさない寸法である必要がある。磁気経路部材４の員数を入力側磁気歯車２の磁力発生面の極性対数と出力側磁気歯車３の磁力発生面の極性対数の和となるように構成した場合に、入力回転軸１から出力回転軸５への伝達可能トルクは最大（極大値）となる。この知見は、フーリエ解析等を用いたシミュレーションにより得られる。例えば、本実施の形態のように、入力側磁気歯車２の磁力発生面の極性対数を７、出力側磁気歯車３の磁力発生面の極性対数を１７とした場合において、磁気経路部材４の員数を２４とすると入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間の伝達可能トルクは最大（極大値）となる。
【００３９】
（３）組立工程
次に、以上のように構成した磁気歯車装置１００の組み立て工程について図面を参照しつつ説明する。図５〜図８は、磁気歯車装置の組み立て工程を示す図である。
【００４０】
図５に示すように、組み立て工程においては、まず、出力回転軸５を接続した出力側磁気歯車３を軸線が垂直になるように出力回転軸５側を下方に向けて台座８０に載置する。出力側磁気歯車３は、予め、外郭構造部３１に出力回転軸５のフランジ構造部５ａを複数のボルト５ｂにより結合し、磁石３２及び鉄心３３を配置し、端部構造部３ａを複数のボルト３ｂにより結合して、その後、バランスウェイト３ｃ、５ｃ等により回転バランスの調整を行ってある。
【００４１】
次に、第２支持機構７を構成する出力回転軸５の支持凹部７２にベアリング部材７３を嵌め込み、磁気経路部材４を軸線が垂直となるように端部構造部４ａ側を下方に向けて出力側磁気歯車３内に挿入し、第２支持機構７を構成する支持突起７１をベアリング部材７３に挿入する。磁気経路部材４は、予め、磁気経路部材ホルダー４１に端部構造部４ａを複数のボルト４ｂにより結合したものに配置されている。
【００４２】
続いて、第１支持機構６を構成する出力回転軸５の支持凹部６２にベアリング部材６３を嵌め込む。
【００４３】
次に、図６に示すように、入力回転軸１を接続した入力側磁気歯車２を軸線が垂直となるように端部構造部２ａ側を下方に向けて磁気経路部材４を含む磁気経路部材ホルダー４１内に挿入し、第１支持機構６を構成する支持突起６１をベアリング部材６３に挿入する。入力側磁気歯車２は、予め、軸中心部２１に入力回転軸１のフランジ構造部１ａを複数のボルト１ｂにより結合し、磁石２４及び鉄心２５を配置し、端部構造部２ａを複数のボルト２ｂにより結合して、その後、バランスウェイト１ｃ、２ｃ等により回転バランスの調整を行ってある。
【００４４】
次に、図７に示すように、磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に保持構造部４３を複数のボルト４３ｂにより結合する。
【００４５】
次に、図８に示すように、磁気歯車装置１００の保持構造部４３をガスタービン発電機に設けられた基部９９に複数のボルト９９ｂにより固設し、発電機９４側に出力回転軸５を接続し、タービン９２側に入力回転軸１を接続する。
【００４６】
（４）交換工程
以上のように構成した磁気歯車装置１００のベアリング部材６３，７３の交換工程について図面を参照しつつ説明する。図９及び図１０は、磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程を示す図である。
【００４７】
図９に示すように、ベアリング部材６３，７３の交換工程においては、まず、磁気歯車装置１００の入力回転軸１及び出力回転軸５をガスタービン発電機から取外し、さらに、磁気歯車装置１００の保持構造部４３を基部９９から取り外して、軸線が水平になるように台座８１に載置する。
【００４８】
次に、フランジ構造部５ａを出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合している複数のボルト５ｂを取り外す。続いて、フランジ構造部５ａのボルト５ｂを通していたボルト孔に、浮かしボルト８２を挿入する。この状態で、出力回転軸５、磁気経路部材４（磁気経路部材ホルダー４１）、及び、入力側磁気歯車３が同心となる位置関係を保持させたまま、出力回転軸５を軸方向に移動して取り外し、さらに、ベアリング部材６３，７３を軸方向に移動して取り外す。
【００４９】
その後、新たなベアリング部材６３，７３を軸方向から挿入して取り付け、浮かしボルト８２を用いて、出力回転軸５、磁気経路部材４（磁気経路部材ホルダー４１）、及び、入力側磁気歯車３が同心となる位置関係を保持させたまま、軸方向から挿入する。続いて、フランジ構造部５ａをボルト５ｂにより出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合して、出力回転軸５を接続する。これにより、ベアリング部材６３，７３を損傷することなく交換を実施することができる。そして、磁気歯車装置１００の保持構造部４３を基部９９に取り付け、入力回転軸１及び出力回転軸５をガスタービン発電機に取り付ける。
【００５０】
なお、以上の組立工程および交換工程は、各構成部材に必要に応じてアイボルト等を設置し、クレーン等の機器を用いて運搬することにより行うことは言うまでも無い。
【００５１】
（５）装置動作
以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。
【００５２】
圧縮機９０及びタービン９２を起動し、入力回転軸１を回転駆動すると磁気歯車装置１００の入力側磁気歯車２が回転駆動される。入力側磁気歯車２の磁力発生面と出力側磁気歯車３の磁力発生面は、磁気経路部材４を介して磁気的に噛み合っている。具体的には、入力側磁気歯車２が磁気経路部材４に相対して回転すると、各磁気経路部材４の入力側磁気歯車２および出力側磁気歯車３との対向面がＮ極又はＳ極に交互に磁化される。このように、磁化された磁気経路部材４と出力側磁気歯車３の磁力発生面の間にはたらく磁気的吸引力または反発力によって出力側磁気歯車３は周方向に回転駆動される。すなわち、磁気歯車装置１００は、磁気経路部材４を遊星歯車のように機能させて入力回転軸１の回転動力を出力回転軸５に伝達する。
【００５３】
（６）効果
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【００５４】
減速装置としては、高効率での伝動が比較的容易に可能な歯車装置が広く一般に用いられているが、その他に磁石の磁気的吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置がある。磁気歯車装置の従来技術として、例えば、同心状に配置した内輪磁気歯車と外輪磁気歯車の間に磁気を透過する複数の磁性バーを環状に配置し、内輪磁気歯車に入力したトルクを外輪磁気歯車に伝達するものがある。この従来技術のような構造の磁気歯車装置においては、装置に対する入出力用の回転軸等を接続し、内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等を周方向に相対回転可能な状態に支持した状態でトルクの伝達を行わなければならない。また、磁気歯車装置に用いる磁石や磁性バーなどの構造体は、磁気歯車装置として必要な特性を有する物質の特性上、かなりの重量物にならざるを得ない。したがって、これらの構造物を支持する支持構造は、重量物である構造物をバランスよく支持することが非常に重要となってくる。しかしながら、上記従来技術においては、磁気歯車装置における内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等の支持構造については言及されておらず、この点について改善の必要性がある。
【００５５】
これに対し、本発明の実施の形態においては、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３の出力回転軸５側端部に第１支持機構６を設け、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持し、かつ、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材４の出力回転軸５側端部に第２支持機構７を設け、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持するように構成したので、磁気歯車装置において、各構造物をバランス良く支持することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 入力回転軸（第１回転軸）
２ 入力側磁気歯車（第１磁気歯車）
３ 出力側磁気歯車（第２磁気歯車）
４ 磁気経路部材
５ 出力回転軸（第２回転軸）
６ 支持機構（第１支持機構）
７ 支持機構（第２支持機構）
２１ 軸中心部
２４，３２ 磁石
２５，３３ 鉄心
４１ 磁気経路部材ホルダー
４３ 保持部
８０，８１ 台座
８２ 浮かしボルト
９０ 圧縮機
９１ 燃焼器
９２ タービン
９３ 中間軸
９４ 発電機
９５ 軸受
９９ 基部
１００，１００Ａ 磁気歯車装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の磁気吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速装置としては、高効率での伝動が比較的容易に可能な歯車装置が広く一般に用いられているが、その他に磁石の磁気的吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置がある。
【０００３】
磁気歯車装置の従来技術として、例えば、同心状に配置した内輪磁気歯車と外輪磁気歯車の間に磁気を透過する複数の磁性バーを環状に配置し、内輪磁気歯車に入力したトルクを外輪磁気歯車に伝達するものがある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３，３７８，７１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術のような構造の磁気歯車装置においては、装置に対する入出力用の回転軸等を接続し、内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等を周方向に相対回転可能な状態に支持した状態でトルクの伝達を行わなければならない。また、磁気歯車装置に用いる磁石や磁性バーなどの構造体は、磁気歯車装置として必要な特性を有する物質の特性上、かなりの重量物にならざるを得ない。したがって、これらの構造物を支持する支持構造は、重量物である構造物をバランスよく支持することが非常に重要となってくる。しかしながら、上記従来技術においては、磁気歯車装置における内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等の支持構造については言及されておらず、この点について改善の必要性がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、構造物をバランス良く支持することができる磁気歯車装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、第１回転軸と、第１回転軸の一端に接続され、該第１回転軸の軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第１磁気歯車と、前記第１磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を前記第１磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第２磁気歯車と、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第１磁気歯車と第２磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、前記第２磁気歯車の前記第１回転軸と軸方向反対側の端部に前記第１回転軸の軸線上に接続された第２回転軸と、前記第１磁気歯車及び前記第２磁気歯車の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構と、前記第２磁気歯車及び前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第２磁気歯車と前記磁気経路部材との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構とを備えたものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構造物をバランス良く支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸に垂直な面における断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸を含む面における断面図である。
【図３】図１における冷媒流路部分をその周辺構成と共に示す拡大断面図である。
【図４】図３の冷媒流路部分の軸方向の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】磁気歯車装置の組み立て工程の初期段階を示す図である。
【図６】磁気歯車装置の組み立て工程の第一段階を示す図である。
【図７】磁気歯車装置の組み立て工程の第二段階を示す図である。
【図８】磁気歯車装置の組み立て工程の最終段階を示す図である。
【図９】磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程におけるベアリング部材を取り外す様子を示す図である。
【図１０】磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程におけるベアリング部材を取り付ける様子を示す図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置を備えたガスタービン発電機を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）装置構成
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１１は、本実施の形態に係る磁気歯車装置１００を備えたガスタービン発電機を概略的に示す図である。
【００１２】
図１１において、ガスタービン発電機は、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機９０と、圧縮機９０からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器９１と、燃焼器９１からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン９２と、タービン９２と圧縮機９０とを連結し、タービン９２の回転を圧縮機９０に伝達する中間軸９３と、圧縮機９０に接続され、タービン９２及び中間軸９３の回転により回転駆動される入力回転軸１と、入力回転軸１及び出力回転軸５に接続され、入力回転軸１への入力回転数を変換して出力回転軸５に出力する磁気歯車装置１００と、出力回転軸５に接続され、出力回転軸５の回転数に応じて発電を行う発電機９４とを備えている。入力回転軸１、出力回転軸５、及びその他の回転軸は同軸上に配置され、複数の軸受９５及びスラスト軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。
【００１３】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係る磁気歯車装置１００を概略的に示す図であり、図１は回転軸に垂直な面における断面図、図２は回転軸を含む面における断面図である。
【００１４】
図１及び図２において、磁気歯車装置１００は、略円柱状の入力側磁気歯車２と、入力側磁気歯車２を同軸状に囲むように配置された略円筒状の出力側磁気歯車３と、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間に配置された複数の磁気経路部材４とを有している。磁気経路部材４は後述する磁気経路部材ホルダー４１により保持されている。入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３、及び、磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４は、互いに径方向に離間して配置されており、回転駆動によって接触しないように構成されている。また、入力側磁気歯車２は、その軸方向一端において入力回転軸１と同軸上に接続されている。同様に、出力側磁気歯車３は、その軸方向他端（入力回転軸１と反対側の一端）において出力回転軸５と同軸上に接続されている。すなわち、入力回転軸１と出力回転軸５は同軸上に、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３は同軸状に配置されている。
【００１５】
入力側磁気歯車２は、入力回転軸１の軸線上に沿うように設けられた軸中心部２１と、軸中心部２１の外周を覆うように配置された鉄心２５と、鉄心２５中に周方向に並べて埋設された複数の磁石２４とから構成されている。鉄心２５は、互いに絶縁した薄板状の部材（例えば、珪素鋼板）を軸方向に積層することによって形成されている。また、複数の磁石２４は、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されており、軸中心部２１に沿って軸方向に延在するよう配置されている。複数の磁石２４は、それぞれ、磁極（Ｎ極２４ａおよびＳ極２４ｂ）を周方向に向けて、かつ、隣り合う磁石２４の互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。入力側磁気歯車２において、隣り合う磁石２４の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向外側に作用する。つまり、入力側磁気歯車２においては、その外周面（径方向外側の面）が磁力発生面となる。このように、入力側磁気歯車２は、入力回転軸１の軸線周りに設けた鉄心２５に複数の磁石２４を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けている。
【００１６】
出力側磁気歯車３は、略円筒状に形成され入力側磁気歯車２と同軸状に配置された外郭構造部３１と、外郭構造部３１の内周を覆うように配置された鉄心３３と、鉄心３３中に周方向に並べて埋設された複数の磁石３２とから構成されている。鉄心３３は、互いに絶縁した薄板状の部材（例えば、珪素鋼板）を軸方向に積層することによって形成されている。また、複数の磁石３２は、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されており、外郭構造部３１に沿って軸方向に延在するよう配置されている。複数の磁石３２は、それぞれ、磁極（Ｎ極３２ａおよびＳ極３２ｂ）を周方向に向けて、かつ、隣り合う磁石３２の互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。出力側磁気歯車３において、隣り合う磁石３２の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向内側に作用する。つまり、出力側磁気歯車３においては、その内周面（径方向内側の面）が磁力発生面となる。このように、出力側磁気歯車３は、入力側磁気歯車２を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心３３に複数の磁石３２を周方向に並べて配置した磁力発生面を入力側磁気歯車２の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けている。
【００１７】
磁気経路部材４は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間に同軸状に形成された樹脂製（例えば、非金属材料であるＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）の磁気経路部材ホルダー４１により保持されることにより、周方向に複数並べて配置されている。磁気経路部材ホルダー４１には、軸方向に延在する穴が周方向に等間隔に複数設けられており、この穴に、互いに絶縁した薄板状の電磁鋼製部材を軸方向に積層することにより、磁気経路部材４が軸方向に延在するよう形成されている。これにより、磁気経路部材４１は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間において、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の磁極間に介在するように周方向に並べて配置されている。
【００１８】
ここで、図２に加え、図３及び図４を参照しつつ、磁気歯車装置１００の詳細についてさらに説明する。図３は図２における磁気歯車と回転軸の接続部分を拡大して示す図であり、図４は図３における支持機構部分をさらに拡大して示す図である。
【００１９】
入力回転軸１は、入力側磁気歯車２側の端部にフランジ構造部１ａを有している。フランジ構造部１ａは、入力側磁気歯車２と同程度の直径となるよう構成されており、入力回転軸１及び入力側磁気歯車２の回転時においても、他の部材と接触しないよう形成されている。フランジ構造部１ａを軸方向から複数のボルト１ｂで入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合することにより、入力回転軸１は入力側磁気歯車２に接続されている。また、フランジ構造部１ａが入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されることにより、磁石２４及び鉄心２５が軸方向から保持されている。
【００２０】
入力側磁気歯車２は、入力回転軸１と反対側の端部に端部構造部２ａを有している。端部構造部２ａは、軸方向から複数のボルト２ｂで入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されている。端部構造部２ａが入力側磁気歯車２の軸中心部２１に結合されることにより、磁石２４及び鉄心２５が軸方向から保持されている。
【００２１】
出力回転軸５は、出力側磁気歯車３側の端部にフランジ構造部５ａを有している。フランジ構造部５ａは、出力側磁気歯車３と同程度の直径となるよう構成されており、出力回転軸５及び出力側磁気歯車３の回転時においても、他の部材と接触しないよう形成されている。フランジ構造部５ａを軸方向から複数のボルト５ｂで出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合することにより、出力回転軸５は出力側磁気歯車３に接続されている。また、フランジ構造部５ａが出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されることにより、磁石３２及び鉄心３３が軸方向から保持されている。
【００２２】
出力側磁気歯車３は、出力回転軸５と反対側の端部に端部構造部３ａを有している。端部構造部３ａは、軸方向から複数のボルト３ｂで出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されている。端部構造部３ａが出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合されることにより、磁石３２及び鉄心３３が軸方向から保持されている。
【００２３】
磁気経路部材４は、入力回転軸１側の端部に保持構造部４３を有している。保持構造部４３は、軸方向から複数のボルト４３ｂで磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に結合されている。保持構造部４３が磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に結合されることにより、磁気経路部材４が軸方向から保持されている。また、保持構造部４３は、ガスタービン発電機に設けられた基部９９（後の図８等参照）等に複数のボルト９９ｂにより固設されている。これにより、磁気経路部材４及び磁気経路部材ホルダー４１は、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の対向する磁力発生面間において、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の磁極間に介在するように周方向に並べて配置され、固設されている。また、磁気経路部材４は、出力回転軸５側の端部に端部構造部４ａを有している。端部構造部４ａは、軸方向から複数のボルト４ｂで磁気経路部材ホルダー４１に結合されている。端部構造部４ａが磁気経路部材ホルダー４１に結合されることにより、磁気経路部材４が軸方向から保持されている。
【００２４】
また、図２〜図４に示すように、磁気歯車装置１００は、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３の出力回転軸５側端部に設けられ、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構６と、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４の出力回転軸５側端部に設けられ、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構７とを備えている。
【００２５】
第１支持機構６は、入力側磁気歯車２の出力回転軸５側端部（つまり、端部構造部２ａ）に軸線に沿って突出して設けられた支持突起６１と、出力回転軸５の入力側磁気歯車２側端部に支持突起６１を軸方向から挿入可能に設けられた支持凹部６２と、支持突起６１と支持凹部６２の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材６３とを備えている。
【００２６】
支持突起６１は、段差部６１ａを境に先端側（出力回転軸５側、図２〜図４中右側）の外径が小さくなるよう形成されている。また、ベアリング部材６３は、その内径が支持突起６１の先端側の外径に合うよう形成されている。そして、ベアリング部材６３は、支持突起６１の先端側から段差部６１ａまで挿入され、段差部６１ａによって軸方向の入力側磁気歯車２側への移動が制限される。
【００２７】
支持凹部６２は、その内径がペアリング部材６３の外径に合うように形成されている。また、支持凹部６２は、段差部６２ａを境に奥側（出力回転軸５側、図２〜図４中左側）の内径が小さくなるよう形成されている。そして、ベアリング部材６３は、支持凹部６２の開口側（入力側磁気歯車２側）から段差部６２ａまで挿入され、段差部６２ａによって軸方向の出力回転軸５側への移動が制限される。
【００２８】
支持突起６１の軸方向の長さや段差部６１ａの位置、支持凹部６２の軸方向の深さや段差部６１ａの位置、ベアリング部材６３の軸方向の幅などの寸法は、支持突起６１や支持凹部６２を有する入力側磁気歯車２や出力回転軸５が互いに接触しないように設定されている。
【００２９】
第２支持機構７は、磁気経路部材４の出力回転軸５側端部（つまり、端部構造部４ａ）に軸線周りに円環状に延在するよう突出して設けられた支持突起７１と、出力回転軸５の入力側磁気歯車２側端部に支持突起７１を軸方向から挿入可能なように軸線周りに円環状に延在するように設けられた支持凹部７２と、支持突起７１と支持凹部７２の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材７３とを備えている。
【００３０】
支持突起７１は、段差部７１ａを境に先端側（出力回転軸５側、図２〜図４中右側）の外径（すなわち、円環状の支持突起７１の外径）が小さくなるよう形成されている。また、ベアリング部材７３は、その内径が支持突起７１の先端側の外径に合うよう形成されている。そして、ベアリング部材７３は、支持突起７１の先端側から段差部７１ａまで挿入され、段差部７１ａによって軸方向の入力側磁気歯車２側への移動が制限される。
【００３１】
支持凹部７２は、その内径がペアリング部材７３の外径に合うように形成されている。また、支持凹部７２は、段差部７２ａを境に奥側（出力回転軸５側、図２〜図４中左側）の内径（すなわち、円環状の支持凹部７２の径方向外側の内壁の径）が小さくなるよう形成されている。そして、ベアリング部材７３は、支持凹部７２の開口側（入力側磁気歯車２側）から段差部７２ａまで挿入され、段差部７２ａによって軸方向の出力回転軸５側への移動が制限される。
【００３２】
支持突起７１の軸方向の長さや段差部７１ａの位置、支持凹部７２の軸方向の深さや段差部７１ａの位置、ベアリング部材７３の軸方向の幅などの寸法は、支持突起７１や支持凹部７２を有する磁気経路部材４や出力回転軸５が互いに接触しないように設定されている。
【００３３】
このように、第１支持機構６および第２支持機構７によって、磁気歯車装置１００を構成する入力側磁気歯車２、出力側磁気歯車３、及び、磁気経路部材ホルダー４１を含む磁気経路部材４は、径方向への相対移動が抑制されることにより中心軸のずれが抑制されつつ、周方向への相対移動が可能に支持されている。
【００３４】
入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３のそれぞれにおいて、磁力発生面の複数の磁石２４，３２は、軸線に垂直な面における重心が軸線上となるよう重量計算され配置されている。すなわち、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３のそれぞれにおいて、磁石２４，３２の重量が配置前に測定されており、磁石２４，３２による重心が軸線上、すなわち、回転中心になるように配置される。また、入力回転軸１のフランジ部１ａ、入力側磁気歯車２の端部構造部２ａ、出力側磁気歯車３の端部構造部３ａ、出力回転軸５のフランジ部５ａの軸方向外側には、それぞれ複数のバランスウェイト１ｃ，２ｃ，３ｃ，５ｃが配置されている。このバランスウェイト１ｃ，２ｃ，３ｃ，５ｃの周方向および径方向の位置を調整することにより、磁石２４，３２の配置により調整した回転バランスの微調整を行うことができる。
【００３５】
（２）動作原理
ここで、磁気歯車装置１００の入力回転軸１と出力回転軸５の回転数の関係について説明する。
【００３６】
磁気歯車装置１００の入力回転軸１（入力側磁気歯車２）の回転数と出力回転軸５（出力側磁気歯車３）の回転数の関係は、入力側磁気歯車２の磁力発生面における極性対数と出力側磁気歯車３の磁力発生面における極性対数の比により決まる。言い換えると、入力回転軸１の回転数と出力回転軸５の回転数の関係は、入力側磁気歯車２の磁石２４の極性対数と出力側磁気歯車３の磁石３２の極性対数の比で決まるということである。つまり、入力回転軸１の回転数（入力回転数）をＮｉｎ、入力側磁気歯車２に設けられた磁石２４の極性対数をＸｉｎ、出力回転軸５の回転数（出力回転数）をＮｏｕｔ、出力側磁気歯車３に設けられた磁石３２の極性対数をＸｏｕｔとすると、入力回転数Ｎｉｎと出力回転数Ｎｏｕｔの関係は以下の式１で表される。
【００３７】
Ｎｉｎ：Ｎｏｕｔ＝Ｘｏｕｔ：Ｘｉｎ ・・・（式１）
例えば、本実施の形態（図１参照）に示したように、磁石２４の極性対数を７、磁石３２の極性対数を１７とすると、入力回転数Ｎｉｎと出力回転数Ｎｏｕｔの比は、１７：７となる。
【００３８】
入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間の伝達可能トルクは、磁石２４，３２の体積が増えるに従って増加する。その際、鉄心２５，３３、磁気経路部材４は、磁気飽和を起こさない寸法である必要がある。磁気経路部材４の員数を入力側磁気歯車２の磁力発生面の極性対数と出力側磁気歯車３の磁力発生面の極性対数の和となるように構成した場合に、入力回転軸１から出力回転軸５への伝達可能トルクは最大（極大値）となる。この知見は、フーリエ解析等を用いたシミュレーションにより得られる。例えば、本実施の形態のように、入力側磁気歯車２の磁力発生面の極性対数を７、出力側磁気歯車３の磁力発生面の極性対数を１７とした場合において、磁気経路部材４の員数を２４とすると入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３の間の伝達可能トルクは最大（極大値）となる。
【００３９】
（３）組立工程
次に、以上のように構成した磁気歯車装置１００の組み立て工程について図面を参照しつつ説明する。図５〜図８は、磁気歯車装置の組み立て工程を示す図である。
【００４０】
図５に示すように、組み立て工程においては、まず、出力回転軸５を接続した出力側磁気歯車３を軸線が垂直になるように出力回転軸５側を下方に向けて台座８０に載置する。出力側磁気歯車３は、予め、外郭構造部３１に出力回転軸５のフランジ構造部５ａを複数のボルト５ｂにより結合し、磁石３２及び鉄心３３を配置し、端部構造部３ａを複数のボルト３ｂにより結合して、その後、バランスウェイト３ｃ、５ｃ等により回転バランスの調整を行ってある。
【００４１】
次に、第２支持機構７を構成する出力回転軸５の支持凹部７２にベアリング部材７３を嵌め込み、磁気経路部材４を軸線が垂直となるように端部構造部４ａ側を下方に向けて出力側磁気歯車３内に挿入し、第２支持機構７を構成する支持突起７１をベアリング部材７３に挿入する。磁気経路部材４は、予め、磁気経路部材ホルダー４１に端部構造部４ａを複数のボルト４ｂにより結合したものに配置されている。
【００４２】
続いて、第１支持機構６を構成する出力回転軸５の支持凹部６２にベアリング部材６３を嵌め込む。
【００４３】
次に、図６に示すように、入力回転軸１を接続した入力側磁気歯車２を軸線が垂直となるように端部構造部２ａ側を下方に向けて磁気経路部材４を含む磁気経路部材ホルダー４１内に挿入し、第１支持機構６を構成する支持突起６１をベアリング部材６３に挿入する。入力側磁気歯車２は、予め、軸中心部２１に入力回転軸１のフランジ構造部１ａを複数のボルト１ｂにより結合し、磁石２４及び鉄心２５を配置し、端部構造部２ａを複数のボルト２ｂにより結合して、その後、バランスウェイト１ｃ、２ｃ等により回転バランスの調整を行ってある。
【００４４】
次に、図７に示すように、磁気経路部材４の磁気経路部材ホルダー４１に保持構造部４３を複数のボルト４３ｂにより結合する。
【００４５】
次に、図８に示すように、磁気歯車装置１００の保持構造部４３をガスタービン発電機に設けられた基部９９に複数のボルト９９ｂにより固設し、発電機９４側に出力回転軸５を接続し、タービン９２側に入力回転軸１を接続する。
【００４６】
（４）交換工程
以上のように構成した磁気歯車装置１００のベアリング部材６３，７３の交換工程について図面を参照しつつ説明する。図９及び図１０は、磁気歯車装置のベアリング部材の交換工程を示す図である。
【００４７】
図９に示すように、ベアリング部材６３，７３の交換工程においては、まず、磁気歯車装置１００の入力回転軸１及び出力回転軸５をガスタービン発電機から取外し、さらに、磁気歯車装置１００の保持構造部４３を基部９９から取り外して、軸線が水平になるように台座８１に載置する。
【００４８】
次に、フランジ構造部５ａを出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合している複数のボルト５ｂを取り外す。続いて、フランジ構造部５ａのボルト５ｂを通していたボルト孔に、浮かしボルト８２を挿入する。この状態で、出力回転軸５、磁気経路部材４（磁気経路部材ホルダー４１）、及び、入力側磁気歯車３が同心となる位置関係を保持させたまま、出力回転軸５を軸方向に移動して取り外し、さらに、ベアリング部材６３，７３を軸方向に移動して取り外す。
【００４９】
その後、新たなベアリング部材６３，７３を軸方向から挿入して取り付け、浮かしボルト８２を用いて、出力回転軸５、磁気経路部材４（磁気経路部材ホルダー４１）、及び、入力側磁気歯車３が同心となる位置関係を保持させたまま、軸方向から挿入する。続いて、フランジ構造部５ａをボルト５ｂにより出力側磁気歯車３の外郭構造部３１に結合して、出力回転軸５を接続する。これにより、ベアリング部材６３，７３を損傷することなく交換を実施することができる。そして、磁気歯車装置１００の保持構造部４３を基部９９に取り付け、入力回転軸１及び出力回転軸５をガスタービン発電機に取り付ける。
【００５０】
なお、以上の組立工程および交換工程は、各構成部材に必要に応じてアイボルト等を設置し、クレーン等の機器を用いて運搬することにより行うことは言うまでも無い。
【００５１】
（５）装置動作
以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。
【００５２】
圧縮機９０及びタービン９２を起動し、入力回転軸１を回転駆動すると磁気歯車装置１００の入力側磁気歯車２が回転駆動される。入力側磁気歯車２の磁力発生面と出力側磁気歯車３の磁力発生面は、磁気経路部材４を介して磁気的に噛み合っている。具体的には、入力側磁気歯車２が磁気経路部材４に相対して回転すると、各磁気経路部材４の入力側磁気歯車２および出力側磁気歯車３との対向面がＮ極又はＳ極に交互に磁化される。このように、磁化された磁気経路部材４と出力側磁気歯車３の磁力発生面の間にはたらく磁気的吸引力または反発力によって出力側磁気歯車３は周方向に回転駆動される。すなわち、磁気歯車装置１００は、磁気経路部材４を遊星歯車のように機能させて入力回転軸１の回転動力を出力回転軸５に伝達する。
【００５３】
（６）効果
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
【００５４】
減速装置としては、高効率での伝動が比較的容易に可能な歯車装置が広く一般に用いられているが、その他に磁石の磁気的吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置がある。磁気歯車装置の従来技術として、例えば、同心状に配置した内輪磁気歯車と外輪磁気歯車の間に磁気を透過する複数の磁性バーを環状に配置し、内輪磁気歯車に入力したトルクを外輪磁気歯車に伝達するものがある。この従来技術のような構造の磁気歯車装置においては、装置に対する入出力用の回転軸等を接続し、内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等を周方向に相対回転可能な状態に支持した状態でトルクの伝達を行わなければならない。また、磁気歯車装置に用いる磁石や磁性バーなどの構造体は、磁気歯車装置として必要な特性を有する物質の特性上、かなりの重量物にならざるを得ない。したがって、これらの構造物を支持する支持構造は、重量物である構造物をバランスよく支持することが非常に重要となってくる。しかしながら、上記従来技術においては、磁気歯車装置における内輪磁気歯車や外輪磁気歯車、磁性バー等の支持構造については言及されておらず、この点について改善の必要性がある。
【００５５】
これに対し、本発明の実施の形態においては、入力側磁気歯車２及び出力側磁気歯車３の出力回転軸５側端部に第１支持機構６を設け、入力側磁気歯車２と出力側磁気歯車３との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持し、かつ、出力側磁気歯車３及び磁気経路部材４の出力回転軸５側端部に第２支持機構７を設け、出力側磁気歯車３と磁気経路部材４との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持するように構成したので、磁気歯車装置において、各構造物をバランス良く支持することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 入力回転軸（第１回転軸）
２ 入力側磁気歯車（第１磁気歯車）
３ 出力側磁気歯車（第２磁気歯車）
４ 磁気経路部材
５ 出力回転軸（第２回転軸）
６ 支持機構（第１支持機構）
７ 支持機構（第２支持機構）
２１ 軸中心部
２４，３２ 磁石
２５，３３ 鉄心
４１ 磁気経路部材ホルダー
４３ 保持部
８０，８１ 台座
８２ 浮かしボルト
９０ 圧縮機
９１ 燃焼器
９２ タービン
９３ 中間軸
９４ 発電機
９５ 軸受
９９ 基部
１００，１００Ａ 磁気歯車装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸と、
第１回転軸の一端に接続され、該第１回転軸の軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第１磁気歯車と、
前記第１磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を前記第１磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第２磁気歯車と、
前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第１磁気歯車と第２磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、
前記第２磁気歯車の前記第１回転軸と軸方向反対側の端部に前記第１回転軸の軸線上に接続された第２回転軸と、
前記第１磁気歯車及び前記第２磁気歯車の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構と、
前記第２磁気歯車及び前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第２磁気歯車と前記磁気経路部材との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記第１支持機構は、
前記第１磁気歯車の前記第２回転軸側端部に軸線に沿って突出して設けられた第１支持突起と、
前記第２回転軸の前記第１磁気歯車側端部に前記第１支持突起を軸方向から挿入可能に設けられた第１支持凹部と、
前記第１支持突起と前記第１支持凹部の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気歯車装置において、
前記第２支持機構は、
前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に軸線周りに円環状に延在するよう突出して設けられた第２支持突起と、
前記第２回転軸の前記第１磁気歯車側端部に前記第１支持突起を軸方向から挿入可能なように軸線周りに円環状に延在するように設けられた第２支持凹部と、
前記第２支持突起と前記第２支持凹部の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記第１及び第２磁気歯車の軸方向両端側に配置され、前記第１及び第２磁気歯車の回転バランスをとるための錘を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１】
第１回転軸と、
第１回転軸の一端に接続され、該第１回転軸の軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第１磁気歯車と、
前記第１磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、軸線周りに設けた鉄心に複数の磁石を周方向に並べて配置した磁力発生面を前記第１磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第２磁気歯車と、
前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第１磁気歯車と第２磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、
前記第２磁気歯車の前記第１回転軸と軸方向反対側の端部に前記第１回転軸の軸線上に接続された第２回転軸と、
前記第１磁気歯車及び前記第２磁気歯車の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第１磁気歯車と前記第２磁気歯車との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第１支持機構と、
前記第２磁気歯車及び前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に設けられ、前記第２磁気歯車と前記磁気経路部材との径方向への相対移動を抑制しつつ周方向への相対移動を可能に支持する第２支持機構と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記第１支持機構は、
前記第１磁気歯車の前記第２回転軸側端部に軸線に沿って突出して設けられた第１支持突起と、
前記第２回転軸の前記第１磁気歯車側端部に前記第１支持突起を軸方向から挿入可能に設けられた第１支持凹部と、
前記第１支持突起と前記第１支持凹部の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気歯車装置において、
前記第２支持機構は、
前記磁気経路部材の前記第２回転軸側端部に軸線周りに円環状に延在するよう突出して設けられた第２支持突起と、
前記第２回転軸の前記第１磁気歯車側端部に前記第１支持突起を軸方向から挿入可能なように軸線周りに円環状に延在するように設けられた第２支持凹部と、
前記第２支持突起と前記第２支持凹部の径方向の間隙に周方向に延在するように設けられたベアリング部材と
を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記第１及び第２磁気歯車の軸方向両端側に配置され、前記第１及び第２磁気歯車の回転バランスをとるための錘を備えたことを特徴とする磁気歯車装置。
【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２０１３−５３７３３（Ｐ２０１３−５３７３３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４１５６（Ｐ２０１１−１９４１５６）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
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