磁気歯車
【課題】本発明は、トルク伝達特性を低下させることなく、磁性極片の強度を向上し、損失低減を可能とする磁気歯車を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、例えば、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成すればよい。
【解決手段】上記目的を達成するために、例えば、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成すればよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触でトルクを伝達する磁気歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類磁石を活用して高トルク密度を実現した磁束変調型の磁気歯車（磁気ギヤ）が研究開発されている（非特許文献１）。そしてその構成部材、特に磁性極片（ポールピース）の強度向上については、特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、非特許文献２においては、磁気ギヤ機構において永久磁石を積み厚方向に分割するといった構成が開示されている。非特許文献３においては、磁気ギヤ機構の回転子構造を埋め込み磁石型にする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０８７４０８
【非特許文献】
【０００５】
【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、 pp. 2844-2846
【非特許文献２】Journal of the Magnetics Society of Japan Vol.33, No.2,2009 「永久磁石式磁気ギヤの効率向上に関する一考察」
【非特許文献３】Journal of the Magnetics Society of Japan Vol.34, No.3,2010 「永久磁石式磁気ギヤの回転子構造に関する検討」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１は、磁気歯車の原理と磁気特性を紹介したものであり、その機構や強度については検討されていない。
【０００７】
一方、上記特許文献１は、磁気歯車の磁性極片の一方の端部を端部保持部材と結合して剛構造とし、磁性極片の強度を向上する方法が開示されている。しかし、磁性極片は積層鋼板や圧粉磁心等で構成されるためそれ自身の強度が弱く、高トルク駆動や大型化を図るには不十分である。また、端部保持部材に磁性体を用いた場合、永久磁石磁束が端部保持部材の方へ漏れ、トルク伝達特性を低下させる。
【０００８】
さらに、上記特許文献１には、磁性極片とは別の金属バーを用い、その両方の端部を第１と第２の金属製端部保持部材にそれぞれ結合し、磁性極片は金属バーと電気的に絶縁してモールドすることで磁性極片の強度を向上する方法も開示されている。しかし、金属バーと金属製端部保持部材の結合により電流ループが形成され、駆動時に金属バーと金属製端部保持部材に誘導電流が発生し、特に高速駆動時には損失が大幅に増大する。また、金属製端部保持部材が磁性体である場合、永久磁石磁束が端部保持部材の方へ漏れ、トルク伝達特性を低下させる。なお、上記非特許文献２及び３には、磁気ギヤの渦電流による損失などの検討はなされているが、その機構や強度については検討されていない。
【０００９】
本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、トルク伝達特性の低下を防止しつつ、磁性極片の強度を向上し、かつ損失低減を可能とする磁気歯車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】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成すればよい。前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続される形態としては、一体的に形成されていてもよいし、ネジや接着剤などでそれぞれの部材を係止するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記第２の非磁性端部保持部材が回転遠心力による構造分解を防ぐ手段（例えば、前記第２の非磁性端部保持部材に窪みや穴を備えたり、突起した形状）を備えるように構成すれば、回転遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００１２】
また、前記非磁性バーは、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置され、前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さと、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さとを異ならせるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気歯車の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の磁気歯車断面図。
【図２】本発明の実施形態１の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図３】本発明の実施形態２の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図４】本発明の実施形態３の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図５】本発明の実施形態４の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図６】本発明の実施形態５の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図７】本発明の実施形態６の磁気歯車の１／４断面図。
【図８】本発明の実施形態７の磁気歯車の１／４断面図。
【図９】本発明の実施形態８の磁気歯車の１／４断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図１〜図９を参照して、本発明による磁気歯車の実施形態を説明する。尚、以下の実施形態では、ラジアルギャップ型を用いて説明するが、他の形式（例えば、アキシャルギャップ型やリニア型など）に関しても、同様に実現可能である。
【００１６】
〔実施形態１〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１と図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１の磁気歯車の断面図である。
【００１７】
磁気歯車は、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁１と、それとは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁２と、複数の磁性極片を有する変調磁極３からなり、それらは互いに異なる速度で相対的に回転できるように構成されている。
【００１８】
第１の永久磁石界磁１は、複数の永久磁石磁極１１ａおよび１１ｂと、バックヨーク１２からなる。第２の永久磁石界磁２は、第１の永久磁石界磁１とは極数の異なる複数の永久磁石磁極２１ａおよび２１ｂと、バックヨーク２２からなる。変調磁極３は、第１の永久磁石界磁１の極対数と第２の永久磁石界磁の極対数の和の数となる複数の磁性極片３１と、磁性極片３１の間にある複数の非磁性バー３２と、磁性極片３１と非磁性バー３２を包含する非磁性ケース３３からなる。
【００１９】
磁性極片３１の材質は、電磁鋼板、または圧粉磁心，アモルファス金属，パーメンジュールなどの軟磁性材料で構成され、磁束変化による渦電流を防止する目的で、電磁鋼板などでは薄い板を積層して構成される。
【００２０】
非磁性ケース３３の材質は、樹脂モールドか、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ），炭素繊維，ガラス繊維などで構成される。
【００２１】
図２は、実施形態１の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図２（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図３（ｃ）に示すように非磁性バー３２と第２の非磁性端部保持部材３４ｂは絶縁部材３５を介して固定される。
【００２３】
両者を電気的に絶縁しつつ固定する方法としては、例えば、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの接触部に絶縁部材３５をはさんだ後にモールドする方法が考えられる。
【００２４】
また、モールド部材が絶縁部材３５を兼ね、全体をモールドする方法を用いることもできるし、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの接触部に絶縁部材３５をはさんだ後に非導電性のねじにて固定する方法、あるいは、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂを接着剤にて接着する方法などを用いてもよい。例えば、本実施例では、磁性極片３１と非磁性バー３２は非磁性ケース３３により一体化する構造を想定しており、この場合、非磁性ケース３３の材質を樹脂モールドで構成することによりモールド部材が絶縁部材３５を兼ね、変調磁極３を簡便に構成できる。
【００２５】
なお、第２の非磁性端部保持部材３４ｂがなくても強度が保てる場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂを用いなくとも良い。
【００２６】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、非磁性ステンレス，チタン，アルミニウム，真鍮，銅などの非磁性金属、あるいはＦＲＰ，炭素繊維，ガラス繊維，樹脂モールドなどで構成される。
【００２７】
磁性極片３１は、非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されているため、磁性極片３１に働くトルクや応力などの力に対して耐性を持つ。
【００２８】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００２９】
ここで、第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂはいずれも非磁性体であるため、磁気歯車の軸方向外部に配置されても、それが原因で磁束が漏れることはなく、トルク伝達特性を低下させることはない。
【００３０】
〔実施形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１と図３を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００３１】
図３は、実施形態２の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、複数の非磁性バー３２のうち約半数のバーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成される。
【００３３】
同様に、図３（ｂ）に示すように、残りの約半数のバーの一方の端部は、第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。
【００３４】
非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置されている。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、端部保持部材と接続していない方のバー端部が他方の端部保持部材に互いに向き合い、両者の間に絶縁部材３５が配置され、電気的に絶縁されている。両者を電気的に絶縁しつつ固定する方法は実施形態１に示した通りである。
【００３６】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００３７】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の半数は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成され、残りの非磁性バー３２は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されているため、磁性極片３１に働くトルクや応力などの力に対して耐性を持つ。
【００３８】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａもしくは第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００３９】
なお、図３では非磁性バー１本おきに、バーの半数が一方の非磁性端部保持部材と一体形成し、残りの半数のバーを他方の非磁性端部保持部材と一体形成した例を示したが、例えば、交互に１本おきにかみ合わせるように構成しようとすると、製造中にバー自体が物理的干渉を起こしやすくなる可能性もあり、必ずしも半数ごと、あるいは、１本おきである必要はなく、設計思想に合わせて製造すればよい。また、非磁性バーの本数は偶数であっても奇数であってもよい。
【００４０】
〔実施形態３〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１と図４を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００４１】
図４は、実施形態３の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図４（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図４（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分にバーとほぼ同形状の窪み３６を設け、その窪みに絶縁部材３５を入れてバーをはめ込むことで、図４（ｃ）に示すようにバーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーを固定することができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００４３】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００４４】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの窪み３６に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００４５】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００４６】
なお、図４では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂにも窪みを設けることで、さらに強度を向上できる。
【００４７】
〔実施形態４〕
次に、本発明の第４の実施形態について図１と図５を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００４８】
図５は、実施形態４の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図５（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図５（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分に、内周側から外周側に向かって徐々に厚くなるようにテーパ３７を設け、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの間に絶縁部材３５をはさんでバーをはめ込むことで、図５（ｃ）に示すように、バーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーに働く遠心力に対して耐性を持たせることができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００５０】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００５１】
磁性極片３１は、非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂのテーパ３７に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００５２】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００５３】
なお、図５では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂにもテーパを設けることで、さらに強度を向上できる。
【００５４】
これにより、回転時の遠心力による構造分解を防ぐことができる。ここで、構造分解とは、回転遠心力により、非磁性バー３２，絶縁部材３５又は非磁性端部保持部材３４ｂが接触しなくなり、バラバラになる状態を意味する。
【００５５】
〔実施形態５〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１と図６を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００５６】
図６は、実施形態５の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図６（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図６（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する面の最外周部に突起３８を設け、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの間に絶縁部材３５をはさんでバーをはめ込むことで、図６（ｃ）に示すように、バーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーに働く遠心力に対して耐性を持たせることができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００５８】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００５９】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの最外周部の突起３８の内側に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００６０】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００６１】
なお、図６では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの最外周部にも突起を設けることで、さらに強度を向上できる。当該突起形状により、上記実施例４のテーパ構造より確実に回転時の遠心力による構造分解を防ぐことができる。
【００６２】
〔実施形態６〕
次に、本発明の第６の実施形態について図７を用いて説明する。
【００６３】
図７は、本発明の実施形態６の磁気歯車の１／４断面図である。図１と異なる点は、図１では円形だった非磁性バー３２の断面形状が、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状を持つ非磁性バー３２ａとなっている点である。さらに非磁性バー３２ａは、変調磁極３の外周側と内周側の中間に位置して構成されている。
【００６４】
非磁性バー３２ａを径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状とし、外周側と内周側の中間位置に構成したことによって、第１の永久磁石界磁１および第２の永久磁石界磁２から最も離れた位置に非磁性バーの表面を配置できるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００６５】
なお、非磁性バー３２ａと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ａの断面形状は径方向に短く周方向に長い偏平な形状であれば、長方形に限らず台形や楕円形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００６６】
〔実施形態７〕
次に、本発明の第７の実施形態について図８を用いて説明する。
【００６７】
図８（ａ）は、本発明の実施形態７の磁気歯車の１／４断面図である。図７と異なる点は、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状だった非磁性バー３２ａが、図８（ａ）では逆に径方向に長く周方向に短い偏平な長方形の断面形状を持つ非磁性バー３２ｂとなっている点である。さらに非磁性バー３２ｂは、隣接する磁性極片３１の中間に位置して構成されている。
【００６８】
非磁性バー３２ｂを径方向に長く周方向に短い偏平な長方形の断面形状としたことで、図８（ｂ）に示すように渦電流のループする面積を小さくできるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。また、隣接する磁性極片の中間位置に非磁性バーを構成したことによって、非磁性バーを貫通する磁束密度を小さくでき、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００６９】
なお、非磁性バー３２ｂと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ｂの断面形状は径方向に長く周方向に短い偏平な形状であれば、長方形に限らず台形や楕円形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００７０】
〔実施形態８〕
次に、本発明の第８の実施形態について図９を用いて説明する。
【００７１】
図９は、本発明の実施形態８の磁気歯車の１／４断面図である。図７と異なる点は、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状だった非磁性バー３２ａが、図９では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の周方向両端部に径方向に長く周方向に短い偏平な長方形が付き、アルファベットの“Ｈ”のような断面形状を持つ非磁性バー３２ｃとなっている点である。
【００７２】
非磁性バー３２ｃをアルファベットの“Ｈ”のような断面形状としたことで、径方向にかかる力と周方向にかかる力のいずれに対しても広い面で受けることができ、変調磁極３の強度を向上できる。また、第１の永久磁石界磁１および第２の永久磁石界磁２から最も離れた位置に非磁性バーの広い表面を配置できるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００７３】
なお、非磁性バー３２ｃと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ｃの断面形状はアルファベットの“Ｈ”形ではなく“Ｉ”形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００７４】
〔その他の実施形態〕
なお、これまでの説明では、回転軸の外周方向にエアギャップを持つラジアルギャップ型磁気歯車を用いて説明したが、他の形式（例えば、回転軸の軸方向にエアギャップを持つアキシャルギャップ型や、直線駆動するリニア型など）に関しても、同様に実現可能である。
【００７５】
なお、上記実施例で述べてきた磁気ギヤと回転電機（モータ）を一体成形してもよい。この場合、例えば、バックヨーク２２より内部にステータ鉄心を設けるよう構成したり、また、第１の永久磁石界磁１の外側にステータ鉄心を設けるよう構成してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 第１の永久磁石界磁
２ 第２の永久磁石界磁
３ 変調磁極
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ 永久磁石磁極
１２，２２ バックヨーク
３１ 磁性極片
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 非磁性バー
３３ 非磁性ケース
３４ａ 第１の非磁性端部保持部材
３４ｂ 第２の非磁性端部保持部材
３５ 絶縁部材
３６ 窪み
３７ テーパ
３８ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触でトルクを伝達する磁気歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類磁石を活用して高トルク密度を実現した磁束変調型の磁気歯車（磁気ギヤ）が研究開発されている（非特許文献１）。そしてその構成部材、特に磁性極片（ポールピース）の強度向上については、特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、非特許文献２においては、磁気ギヤ機構において永久磁石を積み厚方向に分割するといった構成が開示されている。非特許文献３においては、磁気ギヤ機構の回転子構造を埋め込み磁石型にする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０８７４０８
【非特許文献】
【０００５】
【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、 pp. 2844-2846
【非特許文献２】Journal of the Magnetics Society of Japan Vol.33, No.2,2009 「永久磁石式磁気ギヤの効率向上に関する一考察」
【非特許文献３】Journal of the Magnetics Society of Japan Vol.34, No.3,2010 「永久磁石式磁気ギヤの回転子構造に関する検討」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１は、磁気歯車の原理と磁気特性を紹介したものであり、その機構や強度については検討されていない。
【０００７】
一方、上記特許文献１は、磁気歯車の磁性極片の一方の端部を端部保持部材と結合して剛構造とし、磁性極片の強度を向上する方法が開示されている。しかし、磁性極片は積層鋼板や圧粉磁心等で構成されるためそれ自身の強度が弱く、高トルク駆動や大型化を図るには不十分である。また、端部保持部材に磁性体を用いた場合、永久磁石磁束が端部保持部材の方へ漏れ、トルク伝達特性を低下させる。
【０００８】
さらに、上記特許文献１には、磁性極片とは別の金属バーを用い、その両方の端部を第１と第２の金属製端部保持部材にそれぞれ結合し、磁性極片は金属バーと電気的に絶縁してモールドすることで磁性極片の強度を向上する方法も開示されている。しかし、金属バーと金属製端部保持部材の結合により電流ループが形成され、駆動時に金属バーと金属製端部保持部材に誘導電流が発生し、特に高速駆動時には損失が大幅に増大する。また、金属製端部保持部材が磁性体である場合、永久磁石磁束が端部保持部材の方へ漏れ、トルク伝達特性を低下させる。なお、上記非特許文献２及び３には、磁気ギヤの渦電流による損失などの検討はなされているが、その機構や強度については検討されていない。
【０００９】
本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、トルク伝達特性の低下を防止しつつ、磁性極片の強度を向上し、かつ損失低減を可能とする磁気歯車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】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成すればよい。前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続される形態としては、一体的に形成されていてもよいし、ネジや接着剤などでそれぞれの部材を係止するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記第２の非磁性端部保持部材が回転遠心力による構造分解を防ぐ手段（例えば、前記第２の非磁性端部保持部材に窪みや穴を備えたり、突起した形状）を備えるように構成すれば、回転遠心力に対する耐性を向上させることができる。
【００１２】
また、前記非磁性バーは、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置され、前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さと、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さとを異ならせるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気歯車の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の磁気歯車断面図。
【図２】本発明の実施形態１の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図３】本発明の実施形態２の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図４】本発明の実施形態３の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図５】本発明の実施形態４の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図６】本発明の実施形態５の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図。
【図７】本発明の実施形態６の磁気歯車の１／４断面図。
【図８】本発明の実施形態７の磁気歯車の１／４断面図。
【図９】本発明の実施形態８の磁気歯車の１／４断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図１〜図９を参照して、本発明による磁気歯車の実施形態を説明する。尚、以下の実施形態では、ラジアルギャップ型を用いて説明するが、他の形式（例えば、アキシャルギャップ型やリニア型など）に関しても、同様に実現可能である。
【００１６】
〔実施形態１〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１と図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１の磁気歯車の断面図である。
【００１７】
磁気歯車は、複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁１と、それとは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁２と、複数の磁性極片を有する変調磁極３からなり、それらは互いに異なる速度で相対的に回転できるように構成されている。
【００１８】
第１の永久磁石界磁１は、複数の永久磁石磁極１１ａおよび１１ｂと、バックヨーク１２からなる。第２の永久磁石界磁２は、第１の永久磁石界磁１とは極数の異なる複数の永久磁石磁極２１ａおよび２１ｂと、バックヨーク２２からなる。変調磁極３は、第１の永久磁石界磁１の極対数と第２の永久磁石界磁の極対数の和の数となる複数の磁性極片３１と、磁性極片３１の間にある複数の非磁性バー３２と、磁性極片３１と非磁性バー３２を包含する非磁性ケース３３からなる。
【００１９】
磁性極片３１の材質は、電磁鋼板、または圧粉磁心，アモルファス金属，パーメンジュールなどの軟磁性材料で構成され、磁束変化による渦電流を防止する目的で、電磁鋼板などでは薄い板を積層して構成される。
【００２０】
非磁性ケース３３の材質は、樹脂モールドか、あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ），炭素繊維，ガラス繊維などで構成される。
【００２１】
図２は、実施形態１の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図２（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図３（ｃ）に示すように非磁性バー３２と第２の非磁性端部保持部材３４ｂは絶縁部材３５を介して固定される。
【００２３】
両者を電気的に絶縁しつつ固定する方法としては、例えば、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの接触部に絶縁部材３５をはさんだ後にモールドする方法が考えられる。
【００２４】
また、モールド部材が絶縁部材３５を兼ね、全体をモールドする方法を用いることもできるし、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの接触部に絶縁部材３５をはさんだ後に非導電性のねじにて固定する方法、あるいは、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂを接着剤にて接着する方法などを用いてもよい。例えば、本実施例では、磁性極片３１と非磁性バー３２は非磁性ケース３３により一体化する構造を想定しており、この場合、非磁性ケース３３の材質を樹脂モールドで構成することによりモールド部材が絶縁部材３５を兼ね、変調磁極３を簡便に構成できる。
【００２５】
なお、第２の非磁性端部保持部材３４ｂがなくても強度が保てる場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂを用いなくとも良い。
【００２６】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、非磁性ステンレス，チタン，アルミニウム，真鍮，銅などの非磁性金属、あるいはＦＲＰ，炭素繊維，ガラス繊維，樹脂モールドなどで構成される。
【００２７】
磁性極片３１は、非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されているため、磁性極片３１に働くトルクや応力などの力に対して耐性を持つ。
【００２８】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００２９】
ここで、第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂはいずれも非磁性体であるため、磁気歯車の軸方向外部に配置されても、それが原因で磁束が漏れることはなく、トルク伝達特性を低下させることはない。
【００３０】
〔実施形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１と図３を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００３１】
図３は、実施形態２の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、複数の非磁性バー３２のうち約半数のバーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成される。
【００３３】
同様に、図３（ｂ）に示すように、残りの約半数のバーの一方の端部は、第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。
【００３４】
非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置されている。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、端部保持部材と接続していない方のバー端部が他方の端部保持部材に互いに向き合い、両者の間に絶縁部材３５が配置され、電気的に絶縁されている。両者を電気的に絶縁しつつ固定する方法は実施形態１に示した通りである。
【００３６】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００３７】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の半数は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成され、残りの非磁性バー３２は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されているため、磁性極片３１に働くトルクや応力などの力に対して耐性を持つ。
【００３８】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａもしくは第２の非磁性端部保持部材３４ｂと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００３９】
なお、図３では非磁性バー１本おきに、バーの半数が一方の非磁性端部保持部材と一体形成し、残りの半数のバーを他方の非磁性端部保持部材と一体形成した例を示したが、例えば、交互に１本おきにかみ合わせるように構成しようとすると、製造中にバー自体が物理的干渉を起こしやすくなる可能性もあり、必ずしも半数ごと、あるいは、１本おきである必要はなく、設計思想に合わせて製造すればよい。また、非磁性バーの本数は偶数であっても奇数であってもよい。
【００４０】
〔実施形態３〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１と図４を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００４１】
図４は、実施形態３の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図４（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図４（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分にバーとほぼ同形状の窪み３６を設け、その窪みに絶縁部材３５を入れてバーをはめ込むことで、図４（ｃ）に示すようにバーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーを固定することができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００４３】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００４４】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの窪み３６に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００４５】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００４６】
なお、図４では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂにも窪みを設けることで、さらに強度を向上できる。
【００４７】
〔実施形態４〕
次に、本発明の第４の実施形態について図１と図５を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００４８】
図５は、実施形態４の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図５（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図５（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分に、内周側から外周側に向かって徐々に厚くなるようにテーパ３７を設け、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの間に絶縁部材３５をはさんでバーをはめ込むことで、図５（ｃ）に示すように、バーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーに働く遠心力に対して耐性を持たせることができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００５０】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００５１】
磁性極片３１は、非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂのテーパ３７に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００５２】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００５３】
なお、図５では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂにもテーパを設けることで、さらに強度を向上できる。
【００５４】
これにより、回転時の遠心力による構造分解を防ぐことができる。ここで、構造分解とは、回転遠心力により、非磁性バー３２，絶縁部材３５又は非磁性端部保持部材３４ｂが接触しなくなり、バラバラになる状態を意味する。
【００５５】
〔実施形態５〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１と図６を用いて説明する。なお、本発明の磁気歯車の断面図は図１と同じである。
【００５６】
図６は、実施形態５の非磁性バーと非磁性端部保持部材の構成を示す図である。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されている。非磁性バー３２の他方の端部には絶縁部材３５が配置され、図６（ｂ）に示す第２の非磁性端部保持部材３４ｂと非磁性バー３２との間が電気的に絶縁される。そして図６（ｂ）に示すように、第２の非磁性端部保持部材３４ｂの表面のうち、非磁性バーと電気的に絶縁して構成する面の最外周部に突起３８を設け、非磁性バー３２と非磁性端部保持部材３４ｂの間に絶縁部材３５をはさんでバーをはめ込むことで、図６（ｃ）に示すように、バーと端部保持部材を電気的に絶縁しつつバーに働く遠心力に対して耐性を持たせることができる。また、実施形態１に示した方法で、両者を電気的に絶縁しつつ固定することもできる。
【００５８】
非磁性バー３２や第１および第２の非磁性端部保持部材３４ａ，３４ｂの材質は、実施形態１に示した通りである。
【００５９】
磁性極片３１は非磁性バー３２と非磁性ケース３３により一体化されており、さらに非磁性バー３２の一方の端部は第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により強固に構成されており、さらに他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの最外周部の突起３８の内側に電気的な絶縁部材３５を介してはめ込んでいるため、磁性極片３１に働くトルクや応力、さらには遠心力などに対して大きな耐性を持つ。
【００６０】
非磁性バー３２の一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材３４ａと一体形成もしくはねじ止め等により接続しているが、他方の端部は第２の非磁性端部保持部材３４ｂと電気的に絶縁されているため、非磁性バーと非磁性端部保持部材を還流する電流ループを作らない。したがって非磁性バー３２に交番磁界が発生しても、単一のバー内を還流する小さい電流が発生するだけであり、非磁性バーの渦電流損失を大幅に抑えることができる。
【００６１】
なお、図６では全ての非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成された例を示したが、実施形態２に示したように一部の非磁性バーが第１の非磁性端部保持部材と一体形成され、残りの非磁性バーが第２の非磁性端部保持部材と一体形成されていてもよく、その場合は第２の非磁性端部保持部材３４ｂの最外周部にも突起を設けることで、さらに強度を向上できる。当該突起形状により、上記実施例４のテーパ構造より確実に回転時の遠心力による構造分解を防ぐことができる。
【００６２】
〔実施形態６〕
次に、本発明の第６の実施形態について図７を用いて説明する。
【００６３】
図７は、本発明の実施形態６の磁気歯車の１／４断面図である。図１と異なる点は、図１では円形だった非磁性バー３２の断面形状が、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状を持つ非磁性バー３２ａとなっている点である。さらに非磁性バー３２ａは、変調磁極３の外周側と内周側の中間に位置して構成されている。
【００６４】
非磁性バー３２ａを径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状とし、外周側と内周側の中間位置に構成したことによって、第１の永久磁石界磁１および第２の永久磁石界磁２から最も離れた位置に非磁性バーの表面を配置できるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００６５】
なお、非磁性バー３２ａと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ａの断面形状は径方向に短く周方向に長い偏平な形状であれば、長方形に限らず台形や楕円形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００６６】
〔実施形態７〕
次に、本発明の第７の実施形態について図８を用いて説明する。
【００６７】
図８（ａ）は、本発明の実施形態７の磁気歯車の１／４断面図である。図７と異なる点は、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状だった非磁性バー３２ａが、図８（ａ）では逆に径方向に長く周方向に短い偏平な長方形の断面形状を持つ非磁性バー３２ｂとなっている点である。さらに非磁性バー３２ｂは、隣接する磁性極片３１の中間に位置して構成されている。
【００６８】
非磁性バー３２ｂを径方向に長く周方向に短い偏平な長方形の断面形状としたことで、図８（ｂ）に示すように渦電流のループする面積を小さくできるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。また、隣接する磁性極片の中間位置に非磁性バーを構成したことによって、非磁性バーを貫通する磁束密度を小さくでき、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００６９】
なお、非磁性バー３２ｂと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ｂの断面形状は径方向に長く周方向に短い偏平な形状であれば、長方形に限らず台形や楕円形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００７０】
〔実施形態８〕
次に、本発明の第８の実施形態について図９を用いて説明する。
【００７１】
図９は、本発明の実施形態８の磁気歯車の１／４断面図である。図７と異なる点は、図７では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の断面形状だった非磁性バー３２ａが、図９では径方向に短く周方向に長い偏平な長方形の周方向両端部に径方向に長く周方向に短い偏平な長方形が付き、アルファベットの“Ｈ”のような断面形状を持つ非磁性バー３２ｃとなっている点である。
【００７２】
非磁性バー３２ｃをアルファベットの“Ｈ”のような断面形状としたことで、径方向にかかる力と周方向にかかる力のいずれに対しても広い面で受けることができ、変調磁極３の強度を向上できる。また、第１の永久磁石界磁１および第２の永久磁石界磁２から最も離れた位置に非磁性バーの広い表面を配置できるため、非磁性バーに発生する渦電流損を低減できる。
【００７３】
なお、非磁性バー３２ｃと非磁性端部保持部材の構成は、実施形態１〜実施形態５に示した方法などによる。また、非磁性バー３２ｃの断面形状はアルファベットの“Ｈ”形ではなく“Ｉ”形などでもよく、バーの強度や作り易さ等を考えた上で設計思想に合わせて製造すればよい。
【００７４】
〔その他の実施形態〕
なお、これまでの説明では、回転軸の外周方向にエアギャップを持つラジアルギャップ型磁気歯車を用いて説明したが、他の形式（例えば、回転軸の軸方向にエアギャップを持つアキシャルギャップ型や、直線駆動するリニア型など）に関しても、同様に実現可能である。
【００７５】
なお、上記実施例で述べてきた磁気ギヤと回転電機（モータ）を一体成形してもよい。この場合、例えば、バックヨーク２２より内部にステータ鉄心を設けるよう構成したり、また、第１の永久磁石界磁１の外側にステータ鉄心を設けるよう構成してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 第１の永久磁石界磁
２ 第２の永久磁石界磁
３ 変調磁極
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ 永久磁石磁極
１２，２２ バックヨーク
３１ 磁性極片
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 非磁性バー
３３ 非磁性ケース
３４ａ 第１の非磁性端部保持部材
３４ｂ 第２の非磁性端部保持部材
３５ 絶縁部材
３６ 窪み
３７ テーパ
３８ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成する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、
前記非磁性バーのうち略半数の非磁性バーの一方の端部が、第１の非磁性端部保持部材と接続し、残りの非磁性バーの一方の端部を第２の非磁性端部保持部材と接続するように構成したことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分に、前記非磁性バーの断面形状と略同形状の窪みを設け、該窪みに電気的な絶縁部材を介して前記非磁性バーをはめ込む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、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分を、内周側から外周側に向かって徐々に厚くなるように構成することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する面の最外周部に突起を設けることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さを、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さよりも短くし、
前記非磁性バーを前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項７】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの、近接する一方の磁性極片側から近接する他方の磁性極片側へ向けた長さを、前記両磁性極片間の長さよりも短くし、前記非磁性バーを前記一方の磁性極片と前記他方の磁性極片との間の略中間位置に配置することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項８】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの断面形状をアルファベットの“Ｈ”もしくは“Ｉ”のような形状とすることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項９】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーと前記磁性極片を、樹脂でモールドして一体構成することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１０】
請求項１記載の磁気歯車装置と一体成形された回転電機。
【請求項１１】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、
前記非磁性バーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材と接続されており、
前記非磁性バーの他方の端部を前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成し、
前記第２の非磁性端部保持部材が回転遠心力による構造分解を防ぐ手段を備えていることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１２】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、
前記非磁性バーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材と接続されており、
前記非磁性バーの他方の端部は、第２の非磁性端部保持部材とは接続されておらず、
前記第２の非磁性端部保持部材は電気的に絶縁して構成され、
前記非磁性バーは、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置され、
前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さと、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さとを異ならせるように構成したことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、前記非磁性バーの一方の端部が第１の非磁性端部保持部材と接続され、前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成する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、
前記非磁性バーのうち略半数の非磁性バーの一方の端部が、第１の非磁性端部保持部材と接続し、残りの非磁性バーの一方の端部を第２の非磁性端部保持部材と接続するように構成したことを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分に、前記非磁性バーの断面形状と略同形状の窪みを設け、該窪みに電気的な絶縁部材を介して前記非磁性バーをはめ込む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、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する部分を、内周側から外周側に向かって徐々に厚くなるように構成することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性端部保持部材の表面のうち、前記非磁性バーと電気的に絶縁して構成する面の最外周部に突起を設けることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さを、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さよりも短くし、
前記非磁性バーを前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項７】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの、近接する一方の磁性極片側から近接する他方の磁性極片側へ向けた長さを、前記両磁性極片間の長さよりも短くし、前記非磁性バーを前記一方の磁性極片と前記他方の磁性極片との間の略中間位置に配置することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項８】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーの断面形状をアルファベットの“Ｈ”もしくは“Ｉ”のような形状とすることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項９】
請求項１記載の磁気歯車装置において、
前記非磁性バーと前記磁性極片を、樹脂でモールドして一体構成することを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１０】
請求項１記載の磁気歯車装置と一体成形された回転電機。
【請求項１１】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、
前記非磁性バーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材と接続されており、
前記非磁性バーの他方の端部を前記非磁性バーの他方の端部を第２の非磁性端部保持部材と電気的に絶縁して構成し、
前記第２の非磁性端部保持部材が回転遠心力による構造分解を防ぐ手段を備えていることを特徴とする磁気歯車装置。
【請求項１２】
複数の永久磁石磁極を有する第１の永久磁石界磁と、該第１の永久磁石界磁とは極数の異なる複数の永久磁石磁極を有する第２の永久磁石界磁と、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間に、複数の磁性極片を有して前記第１および第２の永久磁石界磁の極数を変調する変調磁極を備えた磁気歯車において、
前記複数の磁性極片の間に非磁性バーを備え、
前記非磁性バーの一方の端部は、第１の非磁性端部保持部材と接続されており、
前記非磁性バーの他方の端部は、第２の非磁性端部保持部材とは接続されておらず、
前記第２の非磁性端部保持部材は電気的に絶縁して構成され、
前記非磁性バーは、前記第１の永久磁石界磁と前記第２の永久磁石界磁との間の略中間位置に配置され、
前記非磁性バーの、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さと、前記磁性極片の、前記第１の永久磁石界磁側から前記第２の永久磁石界磁側へ向けた長さとを異ならせるように構成し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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５７２０５（Ｐ２０１２−１５７２０５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８９６（Ｐ２０１１−１５８９６）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
[ Back to top ]