磁気的多段変速機構及び複合磁気的多段変速機構
【課題】構造の単純化と損失低減とを図れる磁気的多段変速機構を実現することである。
【解決手段】入力側部材１２に設けられ、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられている複数の内側永久磁石５８，６０，６２を含む複数の内側ロータ２４，２６，２８と、出力側部材１４に設けられ、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられている複数の外側永久磁石を含む複数の外側ロータ３４，３６，３８と、周方向複数個所に磁性材製の柱部４６が配置される磁気特性変化部４４を含む回転不能なステータ１６とを備える。１の内側ロータ及び１の外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた部分により１の変速部を構成する。ステータ１６の軸方向の移動により、１の変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とする。
【解決手段】入力側部材１２に設けられ、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられている複数の内側永久磁石５８，６０，６２を含む複数の内側ロータ２４，２６，２８と、出力側部材１４に設けられ、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられている複数の外側永久磁石を含む複数の外側ロータ３４，３６，３８と、周方向複数個所に磁性材製の柱部４６が配置される磁気特性変化部４４を含む回転不能なステータ１６とを備える。１の内側ロータ及び１の外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた部分により１の変速部を構成する。ステータ１６の軸方向の移動により、１の変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、第１回転要素に設けられ内側永久磁石を含む内側ロータと、第２回転要素に設けられ外側永久磁石を含む外側ロータと、内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備える磁気的多段変速機構及び複合磁気的多段変速機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多段の変速機構として、歯数の異なる一対ずつの歯車同士を噛み合わせた歯車組を複数備える等の、機械式の多段変速機構が知られている。このような機械式の多段変速機構の場合、変速段を変える場合に、噛み合っている１つの歯車組で歯車同士の結合を切り離すとともに、別の歯車組を構成する歯車同士を噛み合わせる必要があり、このために同調機構が用いられている。例えば、自動車のマニュアルトランスミッション装置では、シンクロメッシュ機構を採用して、回転している軸に係合させたスリーブのスプライン部と歯車に設けたスプライン部とを速度を同期させつつ、厳密に整合させて、同調させることを可能としている。
なお、本発明に関連する先行技術文献として、非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ケー・アタラー（K. Atallah）他２名、「Design, analysis and realisation of a high-performance magnetic gear」、IEEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol.151, No.2、2004年3月、p.135-143
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように従来から考えられている機械式の多段変速機構の場合、機械的に歯車を噛み合う歯車の位置を精度よく同調させるための同調機構を必要とするため、構造が複雑になるだけでなく、システム全体が大型化する。また、同調機構を必要とするため、機械的な損失が増大する可能性がある。
【０００５】
一方、非特許文献１に記載されているように、内側ロータと、内側ロータの径方向外側に対向する外側ロータと、内側、外側両ロータの間に配置されたステータとを備える磁気歯車が知られている。各ロータとステータとは同軸上に配置される。内側、外側各ロータは、複数の永久磁石を含み、ステータは、複数の強磁性体の柱部を含む。外側ロータとステータと内側ロータとは、同軸上に配置されている。この場合に内側、外側各ロータのうち、一方のロータの永久磁石の極対数をＰ１とし、他方のロータの永久磁石の極対数をＰ２とし、ステータの柱部の数をＮｓとした場合に、ステータの柱部の数Ｎｓは、次式で表すように規定する。
Ｎｓ＝Ｐ１±Ｐ２ ・・・（１）
【０００６】
この場合、ステータが静止しているのであれば、例えば減速比Ｇｒは次式で表される。
Ｇｒ＝Ｐ２／Ｐ１ ・・・（１）
【０００７】
この場合、例えば他方のロータの極対数Ｐ２を、Ｐ２＝Ｎｓ−Ｐ１とし、外側ロータの極対数Ｐ１を２２とし、ステータの柱部の数Ｎｓを２６とし、内側ロータの極対数Ｐ２を４とすると、Ｇｒ＝１／５．５となり、内側ロータに入力された回転速度が１／５．５倍に減速される。
【０００８】
ただし、このような非特許文献１に記載された磁気歯車は、１段の減速比しか得られず、例えば、自動車や二輪車等に使用する変速装置の用途において、入力軸に入力された速度を複数段で変えて出力したい場合に使用できない。本発明者は、このような事情から、鋭利工夫により、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことにより、構造の単純化と損失低減とを図れる多段変速機構を発明するに至った。また、本発明者は、複数の多段変速機構を備える複合磁気的多段変速機構も発明するに至った。
【０００９】
本発明は、構造の単純化と損失低減とを図れる多段変速機構及び複合磁気的多段変速機構を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁気的多段変速機構は、互いに同軸に回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、第１回転要素に設けられた内側ロータであって、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の内側永久磁石を含む内側ロータと、第２回転要素に設けられた外側ロータであって、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の外側永久磁石を含む外側ロータと、内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置され、周方向複数個所に磁性材製の柱部が配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備え、内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた部分により、第１及び第２回転要素間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成し、変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とすることを特徴とする磁気的多段変速機構である。
【００１１】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素と第２回転要素とステータとのうち、１または２が、軸方向に離れた複数の内側ロータと外側ロータと磁気特性変化部とのいずれか１を含み、少なくとも１の磁気特性変化部に設けられた柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、第１回転要素と第２回転要素とステータとの少なくとも１を軸方向に移動させることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能とする。
【００１２】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータを含み、各内側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、第２回転要素は、軸方向に離れた複数の外側ロータを含み、各外側ロータは、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、ステータは、軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部により構成する磁気特性変化部を含み、柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、ステータを軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態に切り換えることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能とする。
【００１３】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素及び第２回転要素の一方の回転要素と、ステータとをそれぞれ軸方向に移動可能とし、ステータは、軸方向に離れた複数の磁気特性変化部を含み、各磁気特性変化部は、互いに異なる数の磁性材製の柱部が周方向に並ぶように配置されており、一方の回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータまたは外側ロータを含み、各内側ロータまたは各外側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石または外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立する。
【００１４】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、本発明に係る磁気的多段変速機構において、第１回転要素は、動力が入力される入力側部材であり、第２回転要素は、動力が出力される出力側部材である。
【００１５】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して同じ側に外側ロータを設けている。
【００１６】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して反対側に外側ロータを設けている。
【００１７】
また、本発明に係る複合磁気的多段変速機構は、それぞれ本発明に係る磁気的多段変速機構である、複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより構成する複合磁気的多段変速機構であって、少なくとも１の磁気的多段変速機構を構成する出力側部材を、別の磁気的多段変速機構を構成する入力側部材に、動力伝達部を介して、または直接に作動的に連結し、それぞれの磁気的多段変速機構において、入力側部材と出力側部材との間での変速比を切り換え可能としていることを特徴とする複合磁気的多段変速機構である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る磁気的多段変速機構によれば、多段変速機構を実現でき、しかも、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことができ、構造の単純化と小型化とを図れる。また、同調機構をなくすことができるとともに、変速部での機械的な噛み合いをなくすことができるため、機械的な損失の低減を図れる。また、本発明に係る複合磁気的多段変速機構によれば、機械的な損失の低減を図れるとともに、単純な構造でより多くの段数の変速機構を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【図２】図１の拡大Ａ−Ａ略断面図である。
【図３】図１の磁気的多段変速機構を構成するリニアアクチュエータの別の２例を示す略断面図である。
【図４】図１の磁気的多段変速機構において、第１、第２、第３各変速部を構成する外側ロータ及び内側ロータと、ステータの柱部とを、部分的に分離した状態で並べた略斜視図である。
【図５】図１の磁気的多段変速機構において、変速段を３段階に変える様子を示す、磁気的多段変速機構の略断面と、α、β、γ部で中心軸に対し直交する方向に切断した略断面とを示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の磁気的多段変速機構の、図４に対応する図である。
【図７】図１の磁気的多段変速機構により構成する複合磁気的多段変速機構の１例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【図９】図８の磁気的多段変速機構により構成する複合磁気的多段変速機構の別例を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る第４の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図５は、本発明の第１の実施の形態を示している。
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施の形態の磁気的多段変速機構１０は、第１回転要素であり、動力が入力される入力側部材１２と、第２回転要素であり、動力が出力される出力側部材１４と、ステータ１６と、アクチュエータ１８とを備える。入力側部材１２は、軸部２０と、軸部２０の一端部（図１の右端部）に設けたフランジ部２２とを含み、固定部分である図示しないハウジングの内側に軸受等を介して回転可能に配置し、支持している。また、軸部２０の他端部（図１の左端部）から中間部にわたる範囲の外周面に、それぞれ軸部２０に対し同軸に第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６、及び第３内側ロータ２８を嵌合固定している。各内側ロータ２４，２６，２８同士の間に軸方向の空間が設けられている。すなわち、各内側ロータ２４，２６，２８は軸方向に離れている。
【００２２】
出力側部材１４は、一端部（図１の右端部）に設けられた円筒状の小径筒部３０と、他側（図１の左側）に設けられた略円筒状の大径筒部３２と、小径筒部３０及び大径筒部３２を連結する円板状の連結部とを含む。出力側部材１４は、ハウジングの内側に回転可能に配置し、支持している。入力側部材１２と出力側部材１４とは、同軸上に配置している。小径筒部３０は、入力側部材１２の軸部２０の一端寄り部分外周面に直接または図示しない軸受を介して嵌合している。このため、出力側部材１４は、入力側部材１２に対し相対回転可能に配置される。また、出力側部材１４の大径筒部３２の軸方向３個所位置で各内側ロータ２４，２６，２８とそれぞれ径方向外側に対向する位置に、出力側部材１４に対し同軸に第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６、及び第３外側ロータ３８を設けている。すなわち、各外側ロータ３４，３６，３８は、軸方向に離れている。
【００２３】
ステータ１６は、軸部４０と、軸部４０の一端部がその片面中心部に結合固定された略有底円筒状のステータ本体部４２とを含む。ステータ本体部４２の先端部に、磁気特性変化部４４を設けている。磁気特性変化部４４は、複数の柱部４６を櫛歯状に設けている。複数の柱部４６は、磁気特性変化部４４の周方向複数個所に等間隔に設けている。
【００２４】
なお、図示の例では、ステータ本体部４２の内径及び外径を、磁気特性変化部４４で変化させているが、ステータ本体部４２の磁気特性変化部４４以外の内径及び外径を、それぞれ磁気特性変化部４４の内径及び外径と同じとすることもできる。ステータ本体部４２を構成する筒部は、出力側部材１４の大径筒部３２の内周面と、入力側部材１２の各内側ロータ２４，２６，２８の外周面との間に挿入配置している。ステータ１６は、ハウジングの内側に支持し、入力側部材１２及び出力側部材１４に対し同軸上に配置している。ステータ１６は、ハウジングに対する回転を不能とする一方、ハウジングに対する軸方向の移動を可能としている。例えば、ステータ１６の軸部４０は、ハウジングに設けた図示しない孔部に対し軸方向のみの変位を可能に支持する。なお、ハウジングに設けた孔部内周面と、ステータ１６の小径筒部１０６の外周面との間に、ボールスプライン機構を設けることもできる。また、ステータ１６の少なくとも磁気特性変化部４４を含む部分は、磁性材製としている。すなわち磁気特性変化部４４は、ステータ１６の軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部４６により構成する。
【００２５】
アクチュエータ１８は、リニアアクチュエータであり、ステータ１６を構成する軸部４０の外側に設けられている。この軸部４０は、鉄等の磁性材製である。なお、ステータ１６の全体を鉄等の磁性材製とすることもできる。アクチュエータ１８は、コイル４８を含み、コイル４８に対しいずれかの方向へ通電することにより、その通電方向に応じて軸部４０を軸方向のいずれかの側に変位させる。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）は、アクチュエータ１８の別の２例を示している。図３（ａ）に示すアクチュエータ１８の別例の第１例の場合、アクチュエータ１８は、図示しないモータと、モータの回転軸に同軸に結合した、またはこの回転軸と一体の軸部５２との間に設けたボールねじ５４とにより構成している。ボールねじ５４は、軸部５２外周面に設けた雄ボールねじ溝と、軸部４０の端部に結合した筒部５６の先端部内周面に設けた雌ボールねじ溝と、雄、雌両ボールねじ溝の間に設けた複数のボールとにより構成している。軸部４０と固定のハウジングとの間に、例えば軸部４０の回転を防止しつつ、軸部４０の軸方向の移動を案内する図示しないガイド部を設ける。モータがいずれかの方向に回転することにより軸部５２が回転すると、筒部５６を設けた軸部４０がこの回転方向に対応した軸方向のいずれかの方向に移動する。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すアクチュエータ１８の別例の第２例の場合、アクチュエータ１８は、軸部４０の外周面に結合固定し径方向に着磁した略円筒状の永久磁石５８と、軸部４０の外側の軸方向３個所位置に永久磁石５７に径方向に対向するように設けたコイル４８とにより構成している。永久磁石５７の両端部は、軸方向の端に向かうに従って外径が小さくなる略円錐筒状に形成している。各コイル４８の１または２に選択的にいずれかの方向へ通電し、また通電を停止することにより、軸部４０を軸方向の３個所のいずれか１に選択的に円滑に移動させ、停止させることができる。なお、軸部４０の外周面に、永久磁石５７の代わりに、永久磁石５７と同形状の磁性材製の筒部を結合固定して、同様の機能を得ることもできる。
【００２８】
図１に戻って、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８の外周面にそれぞれ複数ずつの内側永久磁石５８，６０，６２を設けている。図４は、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４を対向させた部分と、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６を対向させた部分と、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８を対向させた部分とを、それぞれ切り離して磁気特性変化部４４とともに示す斜視図である。各内側ロータ２４，２６，２８に設けた内側永久磁石５８，６０，６２は、各内側ロータ２４，２６，２８の径方向に着磁しており、各内側永久磁石５８，６０，６２の着磁方向は、周方向等間隔に交互に異ならせている。このため、各内側ロータ２４，２６，２８は、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されように設けられた複数の内側永久磁石５８，６０，６２を含む。すなわち、各内側ロータ２４，２６，２８は、複数の内側永久磁石５８，６０，６２が周方向に並ぶように配置されている。
【００２９】
また、各内側ロータ２４，２６，２８の内側永久磁石５８，６０，６２の数は、互いに異ならせている。例えば、図２では、第１内側ロータ２４を図示しており、第１内側ロータ２４に設けた複数の内側永久磁石５８のうち、斜格子を付した部分が外周面にＮ極が配置されるものであり、白抜きの部分が外周面にＳ極が配置されるものである。図示の例では、第１内側ロータ２４に設けた内側永久磁石５８を５極対としている。
【００３０】
また、図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）の左側の図は、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８の断面部分をそれぞれ示しており、それぞれの図で、内側永久磁石５８，６０，６２の黒で塗りつぶした部分が外周面にＮ極が配置されることを、白抜きの部分が外周面にＳ極が配置されることを、それぞれ表している。図示の例では、第２内側ロータ２６に設けた内側永久磁石６０を９極対としており（図５（ｂ））、第３内側ロータ２８に設けた内側永久磁石６２を１５極対としている（図５（ｃ））。
【００３１】
図２、図４に戻って、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８の内周面に、それぞれ複数ずつの外側永久磁石６４，６６，６８を設けている。外側永久磁石６４，６６，６８は、各外側ロータ３４，３６，３８の径方向に着磁しており、各外側永久磁石６４，６６，６８の着磁方向は、周方向等間隔に交互に異ならせている。このため、各外側ロータ３４，３６，３８は、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されように設けられた複数の外側永久磁石６４，６６，６８を含む。すなわち、各外側ロータ３４，３６，３８に、複数の外側永久磁石６４，６６，６８が周方向に並ぶように配置されている。また、各外側ロータ３４，３６，３８の外側永久磁石６４，６６，６８の数は、互いに異ならせている。例えば、図２では、第１外側ロータ３４を図示しており、第１外側ロータ３４に設けた複数の外側永久磁石６４のうち、斜格子を付した部分が内周面にＮ極が配置されるものであり、白抜きの部分が内周面にＳ極が配置されるものである。図示の例では、第１外側ロータ３４に設けた外側永久磁石６４を３９極対としている。
【００３２】
また、図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）の左側の図は、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８の断面部分をそれぞれ示しており、それぞれの図で、外側永久磁石６４，６６，６８の黒で塗りつぶした部分が内周面にＮ極が配置されることを、白抜きの部分が内周面にＳ極が配置されることを、それぞれ表している。図示の例では、第２外側ロータ３６に設けた外側永久磁石６６を３５極対としており（図５（ｂ））、第３外側ロータ３８に設けた外側永久磁石６８を２９極対としている（図５（ｃ））。
【００３３】
また、ステータ１６を構成する磁気特性変化部４４は、いずれかの内側、外側両ロータの間に同軸上に径方向に離れて回転不能に配置されている。図２に示す例では、ステータ１６の磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数を、４４本としている。また、互いに対向する内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた部分により、入力側部材１２及び出力側部材１４間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成する。ステータ１６は、軸方向に移動可能であるため、変速部は、図２、図５（ａ）に示すように、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４に磁気特性変化部４４を対向させた第１変速部７０と、図５（ｂ）に示すように、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６に磁気特性変化部４４を対向させた第２変速部７２と、図５（ｃ）に示すように、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８に磁気特性変化部４４を対向させた第３変速部７４との３状態が実現可能である。各変速部７０，７２，７４の変速比は互いに異なる。すなわち、ステータ１６の軸方向の移動により、１の変速部から、１の変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能としている。
【００３４】
また、第１変速部７０、第２変速部７２及び第３変速部７４が実現される場合の、内側ロータ２４，２６，２８及び外側ロータ３４，３６，３８の永久磁石の極対数と、ステータ１６の磁気特性変化部４４の柱部４６の本数とを整理すると、次の表１のようになる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
また、磁気特性変化部４４に設けられた柱部４６の数をＮｓとし、各内側ロータ２４，２６，２８に設けられた磁極の極対数をＰｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３とし、各外側ロータ３４，３６，３８に設けられた磁極の極対数をＰｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部７０，７２，７４で、Ｎｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２、Ｎｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにしている。ここで、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３は、それぞれ第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６、第３内側ロータ２８の磁極の極対数であり、Ｐｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３は、それぞれ第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６、第３外側ロータ３８の磁極の極対数である。
【００３７】
また、図１に示すように、複数の外側ロータ３４，３６，３８は、出力側部材１４に、入力側部材１２の内側ロータ２４，２６，２８を設ける側と軸方向に関して同じ側である、図１の左側に設けている。
【００３８】
また、アクチュエータ１８によりステータ１６を軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた、いずれかの変速部７０，７２，７４を構成する状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた、別の変速部７０，７２，７４を構成する状態に切り換えることにより、入力側部材１２及び出力側部材１４間での変速比である減速比Ｇｒを切り換え可能としている。例えば、上記の表１に示すように、第１変速部７０を構成した状態では、減速比Ｇｒ、すなわち入力側部材１２にエンジン等の動力源から動力が入力される場合に出力側部材１４から出力される動力の減速される度合は、Ｐｉ１／Ｐｏ１＝０．１２８となる。また、第２変速部７２を構成した状態では、減速比Ｇｒは、Ｐｉ２／Ｐｏ２＝０．２５７となる。また、第３変速部７４を構成した状態では、減速比Ｇｒは、Ｐｉ３／Ｐｏ３＝０．５１７となる。なお、各変速部７０，７２，７４で実現される減速比Ｇｒは、第１変速部７０、第２変速部７２、第３変速部７４の順に、徐々に大きくなるように変化させているが、徐々に小さくなるように変化させることもできる。
【００３９】
このように各変速部７０，７２，７４を構成した状態で、入力側部材１２から出力側部材１４に変速されて動力が伝達される作用は、次の通りである。例えば、図２、図５（ａ）の左の図で示すように、第１変速部７０を構成した状態では、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４にステータ１６の磁気特性変化部４４を対向させた状態で、例えばエンジン等の動力源から入力側部材１２に動力が伝達され、第１内側ロータ２４が図２、図５（ａ）の左の図の矢印方向に回転する場合を考える。この場合、磁気特性変化部４４の柱部４６が第１内側ロータ２４の内側永久磁石５８の磁場により磁化し、しかも内側永久磁石５８が回転するため、柱部４６の磁化方向も交互に変化し、磁気特性変化部４４の外側に第１内側ロータ２４と同方向に回転する回転磁界が生じる。これに伴って、第１外側ロータ３４の外側永久磁石６４に、柱部４６に対し吸引または反発の方向の力が作用して、結果的に第１外側ロータ３４も回転する。この場合、第１変速部７０でＮｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１が実現されるように構成しているので、第１外側ロータ３４は、第１内側ロータ２４の回転方向に対し逆方向に回転し、出力側部材１４は、入力側部材１２の回転方向に対し逆方向に回転する。
【００４０】
また、第１変速部７０が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ１／Ｐｏ１の減速比で減速されて伝達される。すなわち、出力側部材１４の速度をＶｏとし、入力側部材１２の速度をＶｉとした場合に、Ｖｏ＝（Ｐｉ１／Ｐｏ１）×Ｖｉとなる。出力側部材１４の動力は、図示しない適宜の動力伝達機構を介して取り出すことができる。
【００４１】
これに対して、図１、図５（ａ）の右の図の状態から、アクチュエータ１８のコイル４８へのいずれかの方向への通電（またはアクチュエータ１８をボールねじ５４により構成する場合にはモータのいずれかの方向への回転）により、ステータ１６を図の矢印Ｐ方向に移動させると、図５（ｂ）の右の図で示すように、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６に磁気特性変化部４４が径方向に対向した、第２変速部７２が構成された状態となる。この状態では、第２内側ロータ２６が例えば図５（ｂ）の左の図の矢印方向に回転すると、上記と同様に磁気特性変化部４４の柱部４６に回転磁界が生じ、第２外側ロータ３６は、第２内側ロータ２６と逆方向に回転する。このように第２変速部７２が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ２／Ｐｏ２の減速比で減速されて伝達される。
【００４２】
また、図５（ｂ）の右の図の状態から、アクチュエータ１８によりステータ１６をさらに図の矢印Ｐ方向に移動させると、図５（ｃ）の右の図で示すように、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８に磁気特性変化部４４が径方向に対向した、第３変速部７４が構成された状態となる。この状態では、第３内側ロータ２８が例えば図５（ｃ）の左の図の矢印方向に回転すると、上記と同様に磁気特性変化部４４の柱部４６に回転磁界が生じ、第３外側ロータ３８は、第３内側ロータ２８と逆方向に回転する。このように第３変速部７４が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ３／Ｐｏ３の減速比で減速されて伝達される。また、図５（ｃ）の状態から、アクチュエータ１８によりステータ１６を図の矢印Ｑ方向に移動させると、図５（ｂ）の第２変速部７２が構成された状態に戻り、さらにステータ１６を図の矢印Ｑ方向に移動させると、図５（ａ）の第１変速部７０が構成された状態に戻る。
【００４３】
このように１の変速部から、異なる変速比を有する別の変速部に切り換え可能とすることにより、入力側部材１２及び出力側部材１４の間での変速比を切り換え可能としている。すなわち、ステータ１６を軸方向に移動させ、磁気特性変化部４４を、１の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間から、別の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間に移動させることにより、等価的に、互いに噛み合う一対の歯車の歯数比を変更したのと同様になる。
【００４４】
なお、図１、図５に示すアクチュエータ１８の場合、コイル４８を１つのみ設けているが、コイル４８への通電により、１の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間から抜け出した磁気特性変化部４４が、隣り合う別の内側ロータ及び外側ロータの間に円滑に移動し停止しやすくなると考えられる。ただし、より精度よく内側ロータと外側ロータとの間に磁気特性変化部４４を停止させる面からは、ステータ１６の軸方向位置を検出する位置決め用センサを設け、位置決め用センサの検出信号を制御部に入力し、制御部により、コイル４８への通電状態を制御することが好ましい。
【００４５】
また、アクチュエータ１８を省略して、ステータ１６と、運転者が操作可能な操作部とを、機械式連結機構により連結することもできる。機械式連結機構は、操作部の押し引き等の操作に応じて、ステータ１６を軸方向に変位させる。このようにステータ１６を手動で軸方向に変位可能とすることもできる。
【００４６】
上記の磁気的多段変速機構１０によれば、変速比が複数段階で変化する多段変速機構を実現でき、しかも、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことができるため、構造の単純化と小型化とを図れる。すなわち、変速部７０，７２，７４では、外側ロータと内側ロータとがステータを介して磁気的に結合するため、機械的な歯車機構により変速部を構成する場合と比べて入力側部材１２と出力側部材１４とのそれぞれでの回転速度のずれをある程度許容しやすくなる。このため、上記の同調機構を必要とする機械式の多段変速機構の場合と異なり、厳密な歯車位置やスプライン位置の調整を不要とすることができ、同調機構をなくすことができる。このため、構造の単純化と小型化とを図れる。また、同調機構をなくすことができるとともに、変速部７０，７２，７４での機械的な噛み合いをなくすことができるため、機械的な損失の低減を図れる。
【００４７】
なお、本例では、磁気特性変化部４４に設けられた柱部４６の数をＮｓとし、各内側ロータ２４，２６，２８に設けられた磁極の極対数をＰｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３とし、各外側ロータ３４，３６，３８に設けられた磁極の極対数をＰｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２、Ｎ
ｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにしている。ただし、上記と同じ場合に、それぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ１−Ｐｉ１、Ｎｓ＝Ｐｏ２−Ｐｉ２、Ｎｓ＝Ｐｏ３−Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにすることもできる。例えば、ステータ１６の磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数を、３４本とした場合に、第１内側ロータ２４の永久磁石の極対数を５とし、第１外側ロータ３４の永久磁石の極対数を３９とすることもできる。このように構成した場合、入力側部材１２の回転は、出力側部材１４に、入力側部材１２の回転方向と同方向に回転する動力として伝達される。また、この場合、出力側部材１４の速度は、入力側部材１２の速度に対して、Ｐｉ１／Ｐｏ１の減速比で減速される。すなわち、出力側部材１４の速度をＶｏとし、入力側部材１２の速度をＶｉとした場合に、Ｖｏ＝（Ｐｉ１／Ｐｏ１）×Ｖｉとなる。
【００４８】
また、ステータ１６を構成する磁気特性変化部４４は、ステータ本体部４２を構成する筒部の先端部に複数の柱部４６を設けることにより櫛歯状に構成したものを説明した。ただし、磁気特性変化部４４は、このような構成に限定するものではなく、ステータ１６の周方向に関して磁気特性が等間隔に交互に変化するものであればよい。例えば、本例のステータ１６で、複数の柱部４６の間を樹脂等の非磁性材製部分で埋めることもできる。また、本例のステータ１６で柱部４６を省略する代わりに、ステータ１６を構成する磁性材製の筒部の軸方向一部に周方向複数個所の等間隔位置に、軸方向に長いスリットを形成し、磁気特性変化部を構成することもできる。この場合、各スリットは、筒部の径方向に貫通させる。そして、このように構成した磁気特性変化部を、互いに径方向に対向する外側ロータと内側ロータとの間に移動可能とする。このような構成の場合も、上記の柱部４６により構成した磁気特性変化部４４の場合と同様の機能を得られる。
【００４９】
［第２の発明の実施の形態］
上記の第１の実施の形態では、変速部７０，７２，７４の数を３として、３段の変速機構を実現できる場合を説明したが、本発明はこのような構成に限定するものではない。例えば、変速部の数を増やして変速機構を、より多段化することもできる。図６は、このように多段化した場合の１例である、本発明に係る第２の実施の形態の磁気的多段変速機構を示す、図４に対応する図である。
【００５０】
本例の場合、入力側部材１２（図１等参照）に第１内側ロータ７６、第２内側ロータ７８、第３内側ロータ８０、第４内側ロータ８２及び第５内側ロータ８４の、５つの内側ロータを設けている。また、出力側部材１４（図１等参照）に、第１外側ロータ８６、第２外側ロータ８８、第３外側ロータ９０、第４外側ロータ９２及び第５外側ロータ９４の、５つの外側ロータを、対応する内側ロータと径方向に対向するように設けている。各内側ロータ７６，７８，８０，８２，８４及び対応する外側ロータ８６，８８，９０，９２，９４の間に磁気特性変化部４４を移動させることにより、異なる５段階の変速部である、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部を実現可能としている。次の表２は、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部を実現する場合の、内側ロータ及び外側ロータの永久磁石の極対数Ｐｉ、Ｐｏと、ステータ１６（図１等参照）の柱部４６の本数Ｎｓと、それぞれの変速部での減速比の１例を示している。
【００５１】
【表２】
【００５２】
このように各変速部で実現される減速比は、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部の順に、徐々に小さくなるように変化させているが、徐々に大きくなるように変化させることもできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様である。また、変速部の数は、上記の３または５に限定するものではなく、２または４または６以上とすることもできる。
【００５３】
［複合磁気的多段変速機構の１例］
上記の図６に示した第２の実施の形態では、１の磁気的多段変速機構を構成する外側ロータ及び内側ロータの数を増やすことで、変速機構を多段化している。ただし、それぞれが３段の変速機構である複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより、変速段を多段化することにより、複合磁気的多段変速機構を構成することもできる。図７は、本発明に係る複合磁気的多段変速機構の１例を示す模式図である。
【００５４】
本例の複合磁気的多段変速機構９６は、複数の磁気的多段変速機構１０を備え、複数の磁気的多段変速機構１０を、歯車機構等の動力伝達部９８を介して作動的に連結することにより構成している。それぞれの磁気的多段変速機構１０の基本構成は、上記の図１から図５に示した第１の実施の形態の磁気的多段変速機構１０と同様である。複数の磁気的多段変速機構１０のうち、最も出力側に配置される１の磁気的多段変速機構１０（図７の右端の磁気的多段変速機構１０）を除いた、それぞれの磁気的多段変速機構１０を構成する出力側部材１４を、別の磁気的多段変速機構１０を構成する入力側部材１２に、動力伝達部９８を介して作動的に連結している。
【００５５】
例えば、１の磁気的多段変速機構１０を構成する出力側部材１４の筒部外周面に歯車部を設けるとともに、別の磁気的多段変速機構１０を構成する入力側部材１２の一部外周面に歯車部を設け、互いの歯車部を噛合させることにより、動力伝達部９８を構成する。このようにして複数の磁気的多段変速機構１０を作動的に連結するとともに、それぞれの磁気的多段変速機構１０において、入力側部材１２と出力側部材１４との間での変速比を切り換え可能としている。例えばそれぞれの磁気的多段変速機構１０を構成するアクチュエータ１８（図１等参照）の１または２以上を選択的に作動させることにより、それぞれの変速比を切り換え可能とする。そして、最も入力側に配置される磁気的多段変速機構１０の入力側部材１２に入力された回転を、所望の変速比で最も出力側に配置される別の磁気的多段変速機構１０の出力側部材１４から取り出し可能としている。それぞれの磁気的多段変速機構１０を構成するアクチュエータ１８の作動は、図示しない制御部で統合して制御する。すなわち、制御部に入力される等により取得される変速比の指令値に応じて、制御部は、選択した１または２以上の磁気的多段変速機構１０のアクチュエータ１８を作動させ、最も入力側に配置される磁気的多段変速機構１０の入力側部材１２に動力が入力された場合に、最も出力側に配置される別の磁気的多段変速機構１０の出力側部材１４から所望の速度で動力を取り出し可能とする。
【００５６】
このような構成によれば、機械的な損失の低減を図れるとともに、単純な構造でより多くの段数の変速機構を実現できる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図５に示した第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
［第３の発明の実施の形態］
図８は、本発明に係る第３の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。本例の磁気的多段変速機構１０ａの場合、上記の図１に示した第１の実施の形態の磁気的多段変速機構１０に対して、出力側部材１４とステータ１６との軸方向の向きをそれぞれ逆にしている。すなわち、出力側部材１４は、有底筒状の筒部１００と、筒部１００の片面（図８の左面）に結合した軸部１０２とを備える。筒部１００の軸方向３個所位置に、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８を設けている。また、軸部１０２の端部にフランジ部１０４を設けている。第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８は、それぞれ入力側部材１２に設けた第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８に、径方向に対向している。出力側部材１４は、回転のみ可能に図示しないハウジングの内側に支持している。
【００５８】
ステータ１６は、小径筒部１０６と、大径筒部１０８とを円板状の連結部により連結している。小径筒部１０６は、入力側部材１２の軸部２０の外周面に、直接または軸受等を介して嵌合させており、ハウジングに対し軸方向のみの移動を可能に支持し、ハウジングに対する回転を不能としている。したがって、入力側部材１２は、ステータ１６及びハウジングに対し回転可能である。このために、ハウジングに設けた図示しない孔部に対し、ステータ１６の小径筒部１０６を軸方向のみの変位を可能に支持する。なお、ハウジングの孔部内周面と、ステータ１６の小径筒部１０６の外周面との間に、ボールスプライン機構を設けることもできる。
【００５９】
また、ステータ１６の大径筒部１０８を鉄等の磁性材製とするとともに、大径筒部１０８の先端部に、複数の柱部４６により構成する櫛歯状の磁気特性変化部４４を設けている。さらに、大径筒部１０８の磁気特性変化部４４から外れた部分の径方向外側にコイル４８を対向配置することにより、アクチュエータ１８を構成している。コイル４８へのいずれかの方向への通電により、ステータ１６は軸方向のいずれかの方向へ変位可能とする。なお、ステータ１６全体を磁性材製としてもよく、櫛歯状の磁気特性変化部４４の代わりに複数のスリットを形成することにより、磁気特性変化部４４を構成することもできる。また、アクチュエータ１８は、上記の図３（ａ）（ｂ）に示したいずれかの構成により構成することもできる。このように構成するため、各外側ロータ３４，３６，３８は、出力側部材１４に、入力側部材１２の各内側ロータ２４，２６，２８を設ける側（図８の左側）と軸方向に関して反対側（図８の右側）に設けている。その他の構成及び作用は、上記の図１から図５の第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
［複合磁気的多段変速機構の別例］
図９は、本発明に係る複合磁気的多段変速機構の別例を示す模式図である。本例の複合磁気的多段変速機構９６ａは、上記の図７に示した複合磁気的多段変速機構９６と異なり、それぞれが上記の図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａである、複数の磁気的多段変速機構１０ａを直線的に作動的に連結することにより構成している。すなわち、それぞれの磁気的多段変速機構１０ａの入力側部材１２と出力側部材１４とを、すべて同軸上に配置している。複数の磁気的多段変速機構１０ａのうち、最も出力側に配置される１の磁気的多段変速機構１０ａ（図９の右端の磁気的多段変速機構１０ａ）を除くそれぞれの磁気的多段変速機構１０ａを構成する出力側部材１４を、別の磁気的多段変速機構１０ａを構成する入力側部材１２にカップリング機構等の軸継手を介して、または直接に連結している。
【００６１】
また、それぞれの磁気的多段変速機構１０ａにおいて、入力側部材１２と出力側部材１４との間での変速比を切り換え可能としている。その他の構成及び作用は、上記の図７に示した複合磁気的多段変速機構の１例または図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａと同様である。
【００６２】
［第４の発明の実施の形態］
図１０は、本発明に係る第４の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ｂを示す略断面図である。本例の場合、上記の図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａにおいて、ステータ１６だけでなく、出力側部材１４も図示しないハウジングに対し軸方向に移動可能としている。このため、出力側部材１４を構成する軸部１０２を鉄等の磁性材製とするとともに、軸部１０２の径方向外側に第２コイル１１０を対向配置することにより、第２アクチュエータ１１２を構成している。第２コイル１１０へのいずれかの方向への通電により、出力側部材１４は軸方向のいずれかの方向へ変位可能とする。また、入力側部材１２に第１内側ロータ２４及び第２内側ロータ２６を設けるとともに、出力側部材１４に第１内側ロータ２４及び第２内側ロータ２６のそれぞれに対向するように、第１外側ロータ３４及び第２外側ロータ３６を設けている。このような第２アクチュエータ１８は、上記の図３（ａ）（ｂ）に示したいずれかの構成と同様に構成することもできる。
【００６３】
また、ステータ１６を構成する筒部１１４の先端部に磁気特性変化部４４を設けるとともに、磁気特性変化部４４から外れた軸方向中間部に、第２磁気特性変化部１１６を設けている。第２磁気特性変化部１１６は、周方向に関して磁気特性を交互に変化させる。例えば、第２磁気特性変化部１１６は、周方向複数個所等間隔位置に軸方向に長いスリット１１８を形成することにより構成する。また、磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数と、第２磁気特性変化部４４を構成する、周方向に隣り合うスリット１１８の間に設けられる柱部１２０の数とを互いに異ならせている。
【００６４】
このように出力側部材１４と、ステータ１６とをそれぞれハウジングに対し軸方向に移動可能とし、さらに、ステータ１６は、軸方向に離れた磁気特性変化部４４及び第２磁気特性変化部１１６を含み、各磁気特性変化部４４，１１６は、互いに異なる数の磁性材製の柱部４６，１２０が周方向に並ぶように配置されている。また、出力側部材１４は、軸方向に離れた第１外側ロータ３４及び第２外側ロータ３６を含み、各外側ロータ３４，３６，３８は、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されている。また、出力側部材１４とステータ１６との１または２を軸方向に移動させることにより、異なる変速比を有する複数の変速部同士の間で切り換え可能としている。
【００６５】
例えば、第１外側ロータ３４及び第１内側ロータ２４の間に磁気特性変化部４４を配置することにより１の変速部を実現した場合と、第１外側ロータ３４及び第１内側ロータ２４の間に第２磁気特性変化部１１６を配置することにより別の変速部を実現した場合とで、異なる変速比を実現可能としている。また、第１外側ロータ３４を軸方向に移動させることにより、第１内側ロータ２４の外側に第１外側ロータ３４または第２外側ロータ３６を選択的に対向させることを可能とし、第２内側ロータ２６の外側に第１外側ロータ３４または第２外側ロータ３６を選択的に対向させることを可能としている。したがって、互いに異なる変速比を持つ最大で８の変速部が実現可能である。また、磁気特性変化部４４、第２磁気特性変化部１１６を構成する柱部４６，１２０の数をＮｓｌ（ｌは、１または２）とし、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６に設けられた磁極の極対数をＰｉｍ（ｍは、１または２）とし、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６に設けられた磁極の極対数をＰｏｎ（ｎは、１または２）とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓｌ＝Ｐｏｍ＋ＰｉｎまたはＮｓｌ＝Ｐｏｍ−Ｐｉｎが成立するように構成している。
【００６６】
アクチュエータ１８及び第２アクチュエータ１１２の作動は、図示しない制御部で統合して制御する。すなわち、制御部に入力される等により取得される変速比の指令値に応じて、制御部は、選択したアクチュエータ１８及び第２アクチュエータ１１２の１または２を作動させ、入力側部材１２に動力が入力された場合に出力側部材１４から所望の速度で動力を取り出し可能とする。その他の構成及び作用は、上記の図８に示した第３の実施の形態と同様である。
【００６７】
なお、本例の構成において、出力側部材１４のハウジングに対する軸方向の移動を不能とするとともに、入力側部材１２のハウジングに対する軸方向の移動を可能とし、入力側部材１２をアクチュエータ１８とは別のアクチュエータにより移動させるように構成することもできる。また、入力側部材１２及び出力側部材１４に設けるロータと、ステータ１６に設ける磁気特性変化部とを、それぞれ１または３以上とすることもできる。
【００６８】
また、上記の各例の構成では、外側ロータを設ける部材を出力側部材１４とし、内側ロータを設ける部材を入力側部材１２としているが、本発明はこれに限らず、外側ロータを設ける部材を、動力が入力される入力側部材１２とし、内側ロータを設ける部材を、動力が出力される出力側部材１４とすることもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１０，１０ａ，１０ｂ 磁気的多段変速機構、１２ 入力側部材、１４ 出力側部材、１６ ステータ、１８ アクチュエータ、２０ 軸部、２２ フランジ部、２４ 第１内側ロータ、２６ 第２内側ロータ、２８ 第３内側ロータ、３０ 小径筒部、３２ 大径筒部、３４ 第１外側ロータ、３６ 第２外側ロータ、３８ 第３外側ロータ、４０ 軸部、４２ ステータ本体部、４４ 磁気特性変化部、４６ 柱部、４８ コイル、５０ 回転軸、５２ 軸部、５４ ボールねじ、５６ 筒部、５７ 永久磁石、５８，６０，６２ 内側永久磁石、６４，６６，６８ 外側永久磁石、７０ 第１変速部、７２ 第２変速部、７４ 第３変速部、７６ 第１内側ロータ、７８ 第２内側ロータ、８０ 第３内側ロータ、８２ 第４内側ロータ、８４ 第５内側ロータ、８６ 第１外側ロータ、８８ 第２外側ロータ、９０ 第３外側ロータ、９２ 第４外側ロータ、９４ 第５外側ロータ、９６，９６ａ 複合磁気的多段変速機構、９８ 動力伝達部、１００ 筒部、１０２ 軸部、１０４ フランジ部、１０６ 小径筒部、１０８ 大径筒部、１１０ 第２コイル、１１２ 第２アクチュエータ、１１４ 筒部、１１６ 第２磁気特性変化部、１１８ スリット、１２０ 柱部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、第１回転要素に設けられ内側永久磁石を含む内側ロータと、第２回転要素に設けられ外側永久磁石を含む外側ロータと、内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備える磁気的多段変速機構及び複合磁気的多段変速機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多段の変速機構として、歯数の異なる一対ずつの歯車同士を噛み合わせた歯車組を複数備える等の、機械式の多段変速機構が知られている。このような機械式の多段変速機構の場合、変速段を変える場合に、噛み合っている１つの歯車組で歯車同士の結合を切り離すとともに、別の歯車組を構成する歯車同士を噛み合わせる必要があり、このために同調機構が用いられている。例えば、自動車のマニュアルトランスミッション装置では、シンクロメッシュ機構を採用して、回転している軸に係合させたスリーブのスプライン部と歯車に設けたスプライン部とを速度を同期させつつ、厳密に整合させて、同調させることを可能としている。
なお、本発明に関連する先行技術文献として、非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ケー・アタラー（K. Atallah）他２名、「Design, analysis and realisation of a high-performance magnetic gear」、IEEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol.151, No.2、2004年3月、p.135-143
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように従来から考えられている機械式の多段変速機構の場合、機械的に歯車を噛み合う歯車の位置を精度よく同調させるための同調機構を必要とするため、構造が複雑になるだけでなく、システム全体が大型化する。また、同調機構を必要とするため、機械的な損失が増大する可能性がある。
【０００５】
一方、非特許文献１に記載されているように、内側ロータと、内側ロータの径方向外側に対向する外側ロータと、内側、外側両ロータの間に配置されたステータとを備える磁気歯車が知られている。各ロータとステータとは同軸上に配置される。内側、外側各ロータは、複数の永久磁石を含み、ステータは、複数の強磁性体の柱部を含む。外側ロータとステータと内側ロータとは、同軸上に配置されている。この場合に内側、外側各ロータのうち、一方のロータの永久磁石の極対数をＰ１とし、他方のロータの永久磁石の極対数をＰ２とし、ステータの柱部の数をＮｓとした場合に、ステータの柱部の数Ｎｓは、次式で表すように規定する。
Ｎｓ＝Ｐ１±Ｐ２ ・・・（１）
【０００６】
この場合、ステータが静止しているのであれば、例えば減速比Ｇｒは次式で表される。
Ｇｒ＝Ｐ２／Ｐ１ ・・・（１）
【０００７】
この場合、例えば他方のロータの極対数Ｐ２を、Ｐ２＝Ｎｓ−Ｐ１とし、外側ロータの極対数Ｐ１を２２とし、ステータの柱部の数Ｎｓを２６とし、内側ロータの極対数Ｐ２を４とすると、Ｇｒ＝１／５．５となり、内側ロータに入力された回転速度が１／５．５倍に減速される。
【０００８】
ただし、このような非特許文献１に記載された磁気歯車は、１段の減速比しか得られず、例えば、自動車や二輪車等に使用する変速装置の用途において、入力軸に入力された速度を複数段で変えて出力したい場合に使用できない。本発明者は、このような事情から、鋭利工夫により、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことにより、構造の単純化と損失低減とを図れる多段変速機構を発明するに至った。また、本発明者は、複数の多段変速機構を備える複合磁気的多段変速機構も発明するに至った。
【０００９】
本発明は、構造の単純化と損失低減とを図れる多段変速機構及び複合磁気的多段変速機構を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁気的多段変速機構は、互いに同軸に回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、第１回転要素に設けられた内側ロータであって、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の内側永久磁石を含む内側ロータと、第２回転要素に設けられた外側ロータであって、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の外側永久磁石を含む外側ロータと、内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置され、周方向複数個所に磁性材製の柱部が配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備え、内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた部分により、第１及び第２回転要素間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成し、変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とすることを特徴とする磁気的多段変速機構である。
【００１１】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素と第２回転要素とステータとのうち、１または２が、軸方向に離れた複数の内側ロータと外側ロータと磁気特性変化部とのいずれか１を含み、少なくとも１の磁気特性変化部に設けられた柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、第１回転要素と第２回転要素とステータとの少なくとも１を軸方向に移動させることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能とする。
【００１２】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータを含み、各内側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、第２回転要素は、軸方向に離れた複数の外側ロータを含み、各外側ロータは、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、ステータは、軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部により構成する磁気特性変化部を含み、柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、ステータを軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態に切り換えることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能とする。
【００１３】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、第１回転要素及び第２回転要素の一方の回転要素と、ステータとをそれぞれ軸方向に移動可能とし、ステータは、軸方向に離れた複数の磁気特性変化部を含み、各磁気特性変化部は、互いに異なる数の磁性材製の柱部が周方向に並ぶように配置されており、一方の回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータまたは外側ロータを含み、各内側ロータまたは各外側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石または外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立する。
【００１４】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、本発明に係る磁気的多段変速機構において、第１回転要素は、動力が入力される入力側部材であり、第２回転要素は、動力が出力される出力側部材である。
【００１５】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して同じ側に外側ロータを設けている。
【００１６】
また、本発明に係る磁気的多段変速機構において、好ましくは、出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して反対側に外側ロータを設けている。
【００１７】
また、本発明に係る複合磁気的多段変速機構は、それぞれ本発明に係る磁気的多段変速機構である、複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより構成する複合磁気的多段変速機構であって、少なくとも１の磁気的多段変速機構を構成する出力側部材を、別の磁気的多段変速機構を構成する入力側部材に、動力伝達部を介して、または直接に作動的に連結し、それぞれの磁気的多段変速機構において、入力側部材と出力側部材との間での変速比を切り換え可能としていることを特徴とする複合磁気的多段変速機構である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る磁気的多段変速機構によれば、多段変速機構を実現でき、しかも、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことができ、構造の単純化と小型化とを図れる。また、同調機構をなくすことができるとともに、変速部での機械的な噛み合いをなくすことができるため、機械的な損失の低減を図れる。また、本発明に係る複合磁気的多段変速機構によれば、機械的な損失の低減を図れるとともに、単純な構造でより多くの段数の変速機構を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【図２】図１の拡大Ａ−Ａ略断面図である。
【図３】図１の磁気的多段変速機構を構成するリニアアクチュエータの別の２例を示す略断面図である。
【図４】図１の磁気的多段変速機構において、第１、第２、第３各変速部を構成する外側ロータ及び内側ロータと、ステータの柱部とを、部分的に分離した状態で並べた略斜視図である。
【図５】図１の磁気的多段変速機構において、変速段を３段階に変える様子を示す、磁気的多段変速機構の略断面と、α、β、γ部で中心軸に対し直交する方向に切断した略断面とを示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の磁気的多段変速機構の、図４に対応する図である。
【図７】図１の磁気的多段変速機構により構成する複合磁気的多段変速機構の１例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【図９】図８の磁気的多段変速機構により構成する複合磁気的多段変速機構の別例を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る第４の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図５は、本発明の第１の実施の形態を示している。
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施の形態の磁気的多段変速機構１０は、第１回転要素であり、動力が入力される入力側部材１２と、第２回転要素であり、動力が出力される出力側部材１４と、ステータ１６と、アクチュエータ１８とを備える。入力側部材１２は、軸部２０と、軸部２０の一端部（図１の右端部）に設けたフランジ部２２とを含み、固定部分である図示しないハウジングの内側に軸受等を介して回転可能に配置し、支持している。また、軸部２０の他端部（図１の左端部）から中間部にわたる範囲の外周面に、それぞれ軸部２０に対し同軸に第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６、及び第３内側ロータ２８を嵌合固定している。各内側ロータ２４，２６，２８同士の間に軸方向の空間が設けられている。すなわち、各内側ロータ２４，２６，２８は軸方向に離れている。
【００２２】
出力側部材１４は、一端部（図１の右端部）に設けられた円筒状の小径筒部３０と、他側（図１の左側）に設けられた略円筒状の大径筒部３２と、小径筒部３０及び大径筒部３２を連結する円板状の連結部とを含む。出力側部材１４は、ハウジングの内側に回転可能に配置し、支持している。入力側部材１２と出力側部材１４とは、同軸上に配置している。小径筒部３０は、入力側部材１２の軸部２０の一端寄り部分外周面に直接または図示しない軸受を介して嵌合している。このため、出力側部材１４は、入力側部材１２に対し相対回転可能に配置される。また、出力側部材１４の大径筒部３２の軸方向３個所位置で各内側ロータ２４，２６，２８とそれぞれ径方向外側に対向する位置に、出力側部材１４に対し同軸に第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６、及び第３外側ロータ３８を設けている。すなわち、各外側ロータ３４，３６，３８は、軸方向に離れている。
【００２３】
ステータ１６は、軸部４０と、軸部４０の一端部がその片面中心部に結合固定された略有底円筒状のステータ本体部４２とを含む。ステータ本体部４２の先端部に、磁気特性変化部４４を設けている。磁気特性変化部４４は、複数の柱部４６を櫛歯状に設けている。複数の柱部４６は、磁気特性変化部４４の周方向複数個所に等間隔に設けている。
【００２４】
なお、図示の例では、ステータ本体部４２の内径及び外径を、磁気特性変化部４４で変化させているが、ステータ本体部４２の磁気特性変化部４４以外の内径及び外径を、それぞれ磁気特性変化部４４の内径及び外径と同じとすることもできる。ステータ本体部４２を構成する筒部は、出力側部材１４の大径筒部３２の内周面と、入力側部材１２の各内側ロータ２４，２６，２８の外周面との間に挿入配置している。ステータ１６は、ハウジングの内側に支持し、入力側部材１２及び出力側部材１４に対し同軸上に配置している。ステータ１６は、ハウジングに対する回転を不能とする一方、ハウジングに対する軸方向の移動を可能としている。例えば、ステータ１６の軸部４０は、ハウジングに設けた図示しない孔部に対し軸方向のみの変位を可能に支持する。なお、ハウジングに設けた孔部内周面と、ステータ１６の小径筒部１０６の外周面との間に、ボールスプライン機構を設けることもできる。また、ステータ１６の少なくとも磁気特性変化部４４を含む部分は、磁性材製としている。すなわち磁気特性変化部４４は、ステータ１６の軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部４６により構成する。
【００２５】
アクチュエータ１８は、リニアアクチュエータであり、ステータ１６を構成する軸部４０の外側に設けられている。この軸部４０は、鉄等の磁性材製である。なお、ステータ１６の全体を鉄等の磁性材製とすることもできる。アクチュエータ１８は、コイル４８を含み、コイル４８に対しいずれかの方向へ通電することにより、その通電方向に応じて軸部４０を軸方向のいずれかの側に変位させる。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）は、アクチュエータ１８の別の２例を示している。図３（ａ）に示すアクチュエータ１８の別例の第１例の場合、アクチュエータ１８は、図示しないモータと、モータの回転軸に同軸に結合した、またはこの回転軸と一体の軸部５２との間に設けたボールねじ５４とにより構成している。ボールねじ５４は、軸部５２外周面に設けた雄ボールねじ溝と、軸部４０の端部に結合した筒部５６の先端部内周面に設けた雌ボールねじ溝と、雄、雌両ボールねじ溝の間に設けた複数のボールとにより構成している。軸部４０と固定のハウジングとの間に、例えば軸部４０の回転を防止しつつ、軸部４０の軸方向の移動を案内する図示しないガイド部を設ける。モータがいずれかの方向に回転することにより軸部５２が回転すると、筒部５６を設けた軸部４０がこの回転方向に対応した軸方向のいずれかの方向に移動する。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すアクチュエータ１８の別例の第２例の場合、アクチュエータ１８は、軸部４０の外周面に結合固定し径方向に着磁した略円筒状の永久磁石５８と、軸部４０の外側の軸方向３個所位置に永久磁石５７に径方向に対向するように設けたコイル４８とにより構成している。永久磁石５７の両端部は、軸方向の端に向かうに従って外径が小さくなる略円錐筒状に形成している。各コイル４８の１または２に選択的にいずれかの方向へ通電し、また通電を停止することにより、軸部４０を軸方向の３個所のいずれか１に選択的に円滑に移動させ、停止させることができる。なお、軸部４０の外周面に、永久磁石５７の代わりに、永久磁石５７と同形状の磁性材製の筒部を結合固定して、同様の機能を得ることもできる。
【００２８】
図１に戻って、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８の外周面にそれぞれ複数ずつの内側永久磁石５８，６０，６２を設けている。図４は、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４を対向させた部分と、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６を対向させた部分と、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８を対向させた部分とを、それぞれ切り離して磁気特性変化部４４とともに示す斜視図である。各内側ロータ２４，２６，２８に設けた内側永久磁石５８，６０，６２は、各内側ロータ２４，２６，２８の径方向に着磁しており、各内側永久磁石５８，６０，６２の着磁方向は、周方向等間隔に交互に異ならせている。このため、各内側ロータ２４，２６，２８は、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されように設けられた複数の内側永久磁石５８，６０，６２を含む。すなわち、各内側ロータ２４，２６，２８は、複数の内側永久磁石５８，６０，６２が周方向に並ぶように配置されている。
【００２９】
また、各内側ロータ２４，２６，２８の内側永久磁石５８，６０，６２の数は、互いに異ならせている。例えば、図２では、第１内側ロータ２４を図示しており、第１内側ロータ２４に設けた複数の内側永久磁石５８のうち、斜格子を付した部分が外周面にＮ極が配置されるものであり、白抜きの部分が外周面にＳ極が配置されるものである。図示の例では、第１内側ロータ２４に設けた内側永久磁石５８を５極対としている。
【００３０】
また、図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）の左側の図は、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８の断面部分をそれぞれ示しており、それぞれの図で、内側永久磁石５８，６０，６２の黒で塗りつぶした部分が外周面にＮ極が配置されることを、白抜きの部分が外周面にＳ極が配置されることを、それぞれ表している。図示の例では、第２内側ロータ２６に設けた内側永久磁石６０を９極対としており（図５（ｂ））、第３内側ロータ２８に設けた内側永久磁石６２を１５極対としている（図５（ｃ））。
【００３１】
図２、図４に戻って、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８の内周面に、それぞれ複数ずつの外側永久磁石６４，６６，６８を設けている。外側永久磁石６４，６６，６８は、各外側ロータ３４，３６，３８の径方向に着磁しており、各外側永久磁石６４，６６，６８の着磁方向は、周方向等間隔に交互に異ならせている。このため、各外側ロータ３４，３６，３８は、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されように設けられた複数の外側永久磁石６４，６６，６８を含む。すなわち、各外側ロータ３４，３６，３８に、複数の外側永久磁石６４，６６，６８が周方向に並ぶように配置されている。また、各外側ロータ３４，３６，３８の外側永久磁石６４，６６，６８の数は、互いに異ならせている。例えば、図２では、第１外側ロータ３４を図示しており、第１外側ロータ３４に設けた複数の外側永久磁石６４のうち、斜格子を付した部分が内周面にＮ極が配置されるものであり、白抜きの部分が内周面にＳ極が配置されるものである。図示の例では、第１外側ロータ３４に設けた外側永久磁石６４を３９極対としている。
【００３２】
また、図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）の左側の図は、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８の断面部分をそれぞれ示しており、それぞれの図で、外側永久磁石６４，６６，６８の黒で塗りつぶした部分が内周面にＮ極が配置されることを、白抜きの部分が内周面にＳ極が配置されることを、それぞれ表している。図示の例では、第２外側ロータ３６に設けた外側永久磁石６６を３５極対としており（図５（ｂ））、第３外側ロータ３８に設けた外側永久磁石６８を２９極対としている（図５（ｃ））。
【００３３】
また、ステータ１６を構成する磁気特性変化部４４は、いずれかの内側、外側両ロータの間に同軸上に径方向に離れて回転不能に配置されている。図２に示す例では、ステータ１６の磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数を、４４本としている。また、互いに対向する内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた部分により、入力側部材１２及び出力側部材１４間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成する。ステータ１６は、軸方向に移動可能であるため、変速部は、図２、図５（ａ）に示すように、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４に磁気特性変化部４４を対向させた第１変速部７０と、図５（ｂ）に示すように、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６に磁気特性変化部４４を対向させた第２変速部７２と、図５（ｃ）に示すように、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８に磁気特性変化部４４を対向させた第３変速部７４との３状態が実現可能である。各変速部７０，７２，７４の変速比は互いに異なる。すなわち、ステータ１６の軸方向の移動により、１の変速部から、１の変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能としている。
【００３４】
また、第１変速部７０、第２変速部７２及び第３変速部７４が実現される場合の、内側ロータ２４，２６，２８及び外側ロータ３４，３６，３８の永久磁石の極対数と、ステータ１６の磁気特性変化部４４の柱部４６の本数とを整理すると、次の表１のようになる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
また、磁気特性変化部４４に設けられた柱部４６の数をＮｓとし、各内側ロータ２４，２６，２８に設けられた磁極の極対数をＰｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３とし、各外側ロータ３４，３６，３８に設けられた磁極の極対数をＰｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部７０，７２，７４で、Ｎｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２、Ｎｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにしている。ここで、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３は、それぞれ第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６、第３内側ロータ２８の磁極の極対数であり、Ｐｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３は、それぞれ第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６、第３外側ロータ３８の磁極の極対数である。
【００３７】
また、図１に示すように、複数の外側ロータ３４，３６，３８は、出力側部材１４に、入力側部材１２の内側ロータ２４，２６，２８を設ける側と軸方向に関して同じ側である、図１の左側に設けている。
【００３８】
また、アクチュエータ１８によりステータ１６を軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた、いずれかの変速部７０，７２，７４を構成する状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部４４を径方向に対向させた、別の変速部７０，７２，７４を構成する状態に切り換えることにより、入力側部材１２及び出力側部材１４間での変速比である減速比Ｇｒを切り換え可能としている。例えば、上記の表１に示すように、第１変速部７０を構成した状態では、減速比Ｇｒ、すなわち入力側部材１２にエンジン等の動力源から動力が入力される場合に出力側部材１４から出力される動力の減速される度合は、Ｐｉ１／Ｐｏ１＝０．１２８となる。また、第２変速部７２を構成した状態では、減速比Ｇｒは、Ｐｉ２／Ｐｏ２＝０．２５７となる。また、第３変速部７４を構成した状態では、減速比Ｇｒは、Ｐｉ３／Ｐｏ３＝０．５１７となる。なお、各変速部７０，７２，７４で実現される減速比Ｇｒは、第１変速部７０、第２変速部７２、第３変速部７４の順に、徐々に大きくなるように変化させているが、徐々に小さくなるように変化させることもできる。
【００３９】
このように各変速部７０，７２，７４を構成した状態で、入力側部材１２から出力側部材１４に変速されて動力が伝達される作用は、次の通りである。例えば、図２、図５（ａ）の左の図で示すように、第１変速部７０を構成した状態では、第１内側ロータ２４及び第１外側ロータ３４にステータ１６の磁気特性変化部４４を対向させた状態で、例えばエンジン等の動力源から入力側部材１２に動力が伝達され、第１内側ロータ２４が図２、図５（ａ）の左の図の矢印方向に回転する場合を考える。この場合、磁気特性変化部４４の柱部４６が第１内側ロータ２４の内側永久磁石５８の磁場により磁化し、しかも内側永久磁石５８が回転するため、柱部４６の磁化方向も交互に変化し、磁気特性変化部４４の外側に第１内側ロータ２４と同方向に回転する回転磁界が生じる。これに伴って、第１外側ロータ３４の外側永久磁石６４に、柱部４６に対し吸引または反発の方向の力が作用して、結果的に第１外側ロータ３４も回転する。この場合、第１変速部７０でＮｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１が実現されるように構成しているので、第１外側ロータ３４は、第１内側ロータ２４の回転方向に対し逆方向に回転し、出力側部材１４は、入力側部材１２の回転方向に対し逆方向に回転する。
【００４０】
また、第１変速部７０が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ１が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ１／Ｐｏ１の減速比で減速されて伝達される。すなわち、出力側部材１４の速度をＶｏとし、入力側部材１２の速度をＶｉとした場合に、Ｖｏ＝（Ｐｉ１／Ｐｏ１）×Ｖｉとなる。出力側部材１４の動力は、図示しない適宜の動力伝達機構を介して取り出すことができる。
【００４１】
これに対して、図１、図５（ａ）の右の図の状態から、アクチュエータ１８のコイル４８へのいずれかの方向への通電（またはアクチュエータ１８をボールねじ５４により構成する場合にはモータのいずれかの方向への回転）により、ステータ１６を図の矢印Ｐ方向に移動させると、図５（ｂ）の右の図で示すように、第２内側ロータ２６及び第２外側ロータ３６に磁気特性変化部４４が径方向に対向した、第２変速部７２が構成された状態となる。この状態では、第２内側ロータ２６が例えば図５（ｂ）の左の図の矢印方向に回転すると、上記と同様に磁気特性変化部４４の柱部４６に回転磁界が生じ、第２外側ロータ３６は、第２内側ロータ２６と逆方向に回転する。このように第２変速部７２が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ２／Ｐｏ２の減速比で減速されて伝達される。
【００４２】
また、図５（ｂ）の右の図の状態から、アクチュエータ１８によりステータ１６をさらに図の矢印Ｐ方向に移動させると、図５（ｃ）の右の図で示すように、第３内側ロータ２８及び第３外側ロータ３８に磁気特性変化部４４が径方向に対向した、第３変速部７４が構成された状態となる。この状態では、第３内側ロータ２８が例えば図５（ｃ）の左の図の矢印方向に回転すると、上記と同様に磁気特性変化部４４の柱部４６に回転磁界が生じ、第３外側ロータ３８は、第３内側ロータ２８と逆方向に回転する。このように第３変速部７４が構成される場合に、Ｎｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３が成立するようにしているので、入力側部材１２の動力は、出力側部材１４に、Ｐｉ３／Ｐｏ３の減速比で減速されて伝達される。また、図５（ｃ）の状態から、アクチュエータ１８によりステータ１６を図の矢印Ｑ方向に移動させると、図５（ｂ）の第２変速部７２が構成された状態に戻り、さらにステータ１６を図の矢印Ｑ方向に移動させると、図５（ａ）の第１変速部７０が構成された状態に戻る。
【００４３】
このように１の変速部から、異なる変速比を有する別の変速部に切り換え可能とすることにより、入力側部材１２及び出力側部材１４の間での変速比を切り換え可能としている。すなわち、ステータ１６を軸方向に移動させ、磁気特性変化部４４を、１の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間から、別の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間に移動させることにより、等価的に、互いに噛み合う一対の歯車の歯数比を変更したのと同様になる。
【００４４】
なお、図１、図５に示すアクチュエータ１８の場合、コイル４８を１つのみ設けているが、コイル４８への通電により、１の変速部を構成する内側ロータ及び外側ロータの間から抜け出した磁気特性変化部４４が、隣り合う別の内側ロータ及び外側ロータの間に円滑に移動し停止しやすくなると考えられる。ただし、より精度よく内側ロータと外側ロータとの間に磁気特性変化部４４を停止させる面からは、ステータ１６の軸方向位置を検出する位置決め用センサを設け、位置決め用センサの検出信号を制御部に入力し、制御部により、コイル４８への通電状態を制御することが好ましい。
【００４５】
また、アクチュエータ１８を省略して、ステータ１６と、運転者が操作可能な操作部とを、機械式連結機構により連結することもできる。機械式連結機構は、操作部の押し引き等の操作に応じて、ステータ１６を軸方向に変位させる。このようにステータ１６を手動で軸方向に変位可能とすることもできる。
【００４６】
上記の磁気的多段変速機構１０によれば、変速比が複数段階で変化する多段変速機構を実現でき、しかも、機械式の多段変速機構で使用していた同調機構をなくすことができるため、構造の単純化と小型化とを図れる。すなわち、変速部７０，７２，７４では、外側ロータと内側ロータとがステータを介して磁気的に結合するため、機械的な歯車機構により変速部を構成する場合と比べて入力側部材１２と出力側部材１４とのそれぞれでの回転速度のずれをある程度許容しやすくなる。このため、上記の同調機構を必要とする機械式の多段変速機構の場合と異なり、厳密な歯車位置やスプライン位置の調整を不要とすることができ、同調機構をなくすことができる。このため、構造の単純化と小型化とを図れる。また、同調機構をなくすことができるとともに、変速部７０，７２，７４での機械的な噛み合いをなくすことができるため、機械的な損失の低減を図れる。
【００４７】
なお、本例では、磁気特性変化部４４に設けられた柱部４６の数をＮｓとし、各内側ロータ２４，２６，２８に設けられた磁極の極対数をＰｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３とし、各外側ロータ３４，３６，３８に設けられた磁極の極対数をＰｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ１＋Ｐｉ、Ｎｓ＝Ｐｏ２＋Ｐｉ２、Ｎ
ｓ＝Ｐｏ３＋Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにしている。ただし、上記と同じ場合に、それぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ１−Ｐｉ１、Ｎｓ＝Ｐｏ２−Ｐｉ２、Ｎｓ＝Ｐｏ３−Ｐｉ３のいずれか１が成立するようにすることもできる。例えば、ステータ１６の磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数を、３４本とした場合に、第１内側ロータ２４の永久磁石の極対数を５とし、第１外側ロータ３４の永久磁石の極対数を３９とすることもできる。このように構成した場合、入力側部材１２の回転は、出力側部材１４に、入力側部材１２の回転方向と同方向に回転する動力として伝達される。また、この場合、出力側部材１４の速度は、入力側部材１２の速度に対して、Ｐｉ１／Ｐｏ１の減速比で減速される。すなわち、出力側部材１４の速度をＶｏとし、入力側部材１２の速度をＶｉとした場合に、Ｖｏ＝（Ｐｉ１／Ｐｏ１）×Ｖｉとなる。
【００４８】
また、ステータ１６を構成する磁気特性変化部４４は、ステータ本体部４２を構成する筒部の先端部に複数の柱部４６を設けることにより櫛歯状に構成したものを説明した。ただし、磁気特性変化部４４は、このような構成に限定するものではなく、ステータ１６の周方向に関して磁気特性が等間隔に交互に変化するものであればよい。例えば、本例のステータ１６で、複数の柱部４６の間を樹脂等の非磁性材製部分で埋めることもできる。また、本例のステータ１６で柱部４６を省略する代わりに、ステータ１６を構成する磁性材製の筒部の軸方向一部に周方向複数個所の等間隔位置に、軸方向に長いスリットを形成し、磁気特性変化部を構成することもできる。この場合、各スリットは、筒部の径方向に貫通させる。そして、このように構成した磁気特性変化部を、互いに径方向に対向する外側ロータと内側ロータとの間に移動可能とする。このような構成の場合も、上記の柱部４６により構成した磁気特性変化部４４の場合と同様の機能を得られる。
【００４９】
［第２の発明の実施の形態］
上記の第１の実施の形態では、変速部７０，７２，７４の数を３として、３段の変速機構を実現できる場合を説明したが、本発明はこのような構成に限定するものではない。例えば、変速部の数を増やして変速機構を、より多段化することもできる。図６は、このように多段化した場合の１例である、本発明に係る第２の実施の形態の磁気的多段変速機構を示す、図４に対応する図である。
【００５０】
本例の場合、入力側部材１２（図１等参照）に第１内側ロータ７６、第２内側ロータ７８、第３内側ロータ８０、第４内側ロータ８２及び第５内側ロータ８４の、５つの内側ロータを設けている。また、出力側部材１４（図１等参照）に、第１外側ロータ８６、第２外側ロータ８８、第３外側ロータ９０、第４外側ロータ９２及び第５外側ロータ９４の、５つの外側ロータを、対応する内側ロータと径方向に対向するように設けている。各内側ロータ７６，７８，８０，８２，８４及び対応する外側ロータ８６，８８，９０，９２，９４の間に磁気特性変化部４４を移動させることにより、異なる５段階の変速部である、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部を実現可能としている。次の表２は、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部を実現する場合の、内側ロータ及び外側ロータの永久磁石の極対数Ｐｉ、Ｐｏと、ステータ１６（図１等参照）の柱部４６の本数Ｎｓと、それぞれの変速部での減速比の１例を示している。
【００５１】
【表２】
【００５２】
このように各変速部で実現される減速比は、第１変速部、第２変速部・・・第５変速部の順に、徐々に小さくなるように変化させているが、徐々に大きくなるように変化させることもできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様である。また、変速部の数は、上記の３または５に限定するものではなく、２または４または６以上とすることもできる。
【００５３】
［複合磁気的多段変速機構の１例］
上記の図６に示した第２の実施の形態では、１の磁気的多段変速機構を構成する外側ロータ及び内側ロータの数を増やすことで、変速機構を多段化している。ただし、それぞれが３段の変速機構である複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより、変速段を多段化することにより、複合磁気的多段変速機構を構成することもできる。図７は、本発明に係る複合磁気的多段変速機構の１例を示す模式図である。
【００５４】
本例の複合磁気的多段変速機構９６は、複数の磁気的多段変速機構１０を備え、複数の磁気的多段変速機構１０を、歯車機構等の動力伝達部９８を介して作動的に連結することにより構成している。それぞれの磁気的多段変速機構１０の基本構成は、上記の図１から図５に示した第１の実施の形態の磁気的多段変速機構１０と同様である。複数の磁気的多段変速機構１０のうち、最も出力側に配置される１の磁気的多段変速機構１０（図７の右端の磁気的多段変速機構１０）を除いた、それぞれの磁気的多段変速機構１０を構成する出力側部材１４を、別の磁気的多段変速機構１０を構成する入力側部材１２に、動力伝達部９８を介して作動的に連結している。
【００５５】
例えば、１の磁気的多段変速機構１０を構成する出力側部材１４の筒部外周面に歯車部を設けるとともに、別の磁気的多段変速機構１０を構成する入力側部材１２の一部外周面に歯車部を設け、互いの歯車部を噛合させることにより、動力伝達部９８を構成する。このようにして複数の磁気的多段変速機構１０を作動的に連結するとともに、それぞれの磁気的多段変速機構１０において、入力側部材１２と出力側部材１４との間での変速比を切り換え可能としている。例えばそれぞれの磁気的多段変速機構１０を構成するアクチュエータ１８（図１等参照）の１または２以上を選択的に作動させることにより、それぞれの変速比を切り換え可能とする。そして、最も入力側に配置される磁気的多段変速機構１０の入力側部材１２に入力された回転を、所望の変速比で最も出力側に配置される別の磁気的多段変速機構１０の出力側部材１４から取り出し可能としている。それぞれの磁気的多段変速機構１０を構成するアクチュエータ１８の作動は、図示しない制御部で統合して制御する。すなわち、制御部に入力される等により取得される変速比の指令値に応じて、制御部は、選択した１または２以上の磁気的多段変速機構１０のアクチュエータ１８を作動させ、最も入力側に配置される磁気的多段変速機構１０の入力側部材１２に動力が入力された場合に、最も出力側に配置される別の磁気的多段変速機構１０の出力側部材１４から所望の速度で動力を取り出し可能とする。
【００５６】
このような構成によれば、機械的な損失の低減を図れるとともに、単純な構造でより多くの段数の変速機構を実現できる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図５に示した第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
［第３の発明の実施の形態］
図８は、本発明に係る第３の実施の形態の磁気的多段変速機構の略断面図である。本例の磁気的多段変速機構１０ａの場合、上記の図１に示した第１の実施の形態の磁気的多段変速機構１０に対して、出力側部材１４とステータ１６との軸方向の向きをそれぞれ逆にしている。すなわち、出力側部材１４は、有底筒状の筒部１００と、筒部１００の片面（図８の左面）に結合した軸部１０２とを備える。筒部１００の軸方向３個所位置に、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８を設けている。また、軸部１０２の端部にフランジ部１０４を設けている。第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６及び第３外側ロータ３８は、それぞれ入力側部材１２に設けた第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６及び第３内側ロータ２８に、径方向に対向している。出力側部材１４は、回転のみ可能に図示しないハウジングの内側に支持している。
【００５８】
ステータ１６は、小径筒部１０６と、大径筒部１０８とを円板状の連結部により連結している。小径筒部１０６は、入力側部材１２の軸部２０の外周面に、直接または軸受等を介して嵌合させており、ハウジングに対し軸方向のみの移動を可能に支持し、ハウジングに対する回転を不能としている。したがって、入力側部材１２は、ステータ１６及びハウジングに対し回転可能である。このために、ハウジングに設けた図示しない孔部に対し、ステータ１６の小径筒部１０６を軸方向のみの変位を可能に支持する。なお、ハウジングの孔部内周面と、ステータ１６の小径筒部１０６の外周面との間に、ボールスプライン機構を設けることもできる。
【００５９】
また、ステータ１６の大径筒部１０８を鉄等の磁性材製とするとともに、大径筒部１０８の先端部に、複数の柱部４６により構成する櫛歯状の磁気特性変化部４４を設けている。さらに、大径筒部１０８の磁気特性変化部４４から外れた部分の径方向外側にコイル４８を対向配置することにより、アクチュエータ１８を構成している。コイル４８へのいずれかの方向への通電により、ステータ１６は軸方向のいずれかの方向へ変位可能とする。なお、ステータ１６全体を磁性材製としてもよく、櫛歯状の磁気特性変化部４４の代わりに複数のスリットを形成することにより、磁気特性変化部４４を構成することもできる。また、アクチュエータ１８は、上記の図３（ａ）（ｂ）に示したいずれかの構成により構成することもできる。このように構成するため、各外側ロータ３４，３６，３８は、出力側部材１４に、入力側部材１２の各内側ロータ２４，２６，２８を設ける側（図８の左側）と軸方向に関して反対側（図８の右側）に設けている。その他の構成及び作用は、上記の図１から図５の第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
［複合磁気的多段変速機構の別例］
図９は、本発明に係る複合磁気的多段変速機構の別例を示す模式図である。本例の複合磁気的多段変速機構９６ａは、上記の図７に示した複合磁気的多段変速機構９６と異なり、それぞれが上記の図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａである、複数の磁気的多段変速機構１０ａを直線的に作動的に連結することにより構成している。すなわち、それぞれの磁気的多段変速機構１０ａの入力側部材１２と出力側部材１４とを、すべて同軸上に配置している。複数の磁気的多段変速機構１０ａのうち、最も出力側に配置される１の磁気的多段変速機構１０ａ（図９の右端の磁気的多段変速機構１０ａ）を除くそれぞれの磁気的多段変速機構１０ａを構成する出力側部材１４を、別の磁気的多段変速機構１０ａを構成する入力側部材１２にカップリング機構等の軸継手を介して、または直接に連結している。
【００６１】
また、それぞれの磁気的多段変速機構１０ａにおいて、入力側部材１２と出力側部材１４との間での変速比を切り換え可能としている。その他の構成及び作用は、上記の図７に示した複合磁気的多段変速機構の１例または図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａと同様である。
【００６２】
［第４の発明の実施の形態］
図１０は、本発明に係る第４の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ｂを示す略断面図である。本例の場合、上記の図８に示した第３の実施の形態の磁気的多段変速機構１０ａにおいて、ステータ１６だけでなく、出力側部材１４も図示しないハウジングに対し軸方向に移動可能としている。このため、出力側部材１４を構成する軸部１０２を鉄等の磁性材製とするとともに、軸部１０２の径方向外側に第２コイル１１０を対向配置することにより、第２アクチュエータ１１２を構成している。第２コイル１１０へのいずれかの方向への通電により、出力側部材１４は軸方向のいずれかの方向へ変位可能とする。また、入力側部材１２に第１内側ロータ２４及び第２内側ロータ２６を設けるとともに、出力側部材１４に第１内側ロータ２４及び第２内側ロータ２６のそれぞれに対向するように、第１外側ロータ３４及び第２外側ロータ３６を設けている。このような第２アクチュエータ１８は、上記の図３（ａ）（ｂ）に示したいずれかの構成と同様に構成することもできる。
【００６３】
また、ステータ１６を構成する筒部１１４の先端部に磁気特性変化部４４を設けるとともに、磁気特性変化部４４から外れた軸方向中間部に、第２磁気特性変化部１１６を設けている。第２磁気特性変化部１１６は、周方向に関して磁気特性を交互に変化させる。例えば、第２磁気特性変化部１１６は、周方向複数個所等間隔位置に軸方向に長いスリット１１８を形成することにより構成する。また、磁気特性変化部４４を構成する柱部４６の数と、第２磁気特性変化部４４を構成する、周方向に隣り合うスリット１１８の間に設けられる柱部１２０の数とを互いに異ならせている。
【００６４】
このように出力側部材１４と、ステータ１６とをそれぞれハウジングに対し軸方向に移動可能とし、さらに、ステータ１６は、軸方向に離れた磁気特性変化部４４及び第２磁気特性変化部１１６を含み、各磁気特性変化部４４，１１６は、互いに異なる数の磁性材製の柱部４６，１２０が周方向に並ぶように配置されている。また、出力側部材１４は、軸方向に離れた第１外側ロータ３４及び第２外側ロータ３６を含み、各外側ロータ３４，３６，３８は、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されている。また、出力側部材１４とステータ１６との１または２を軸方向に移動させることにより、異なる変速比を有する複数の変速部同士の間で切り換え可能としている。
【００６５】
例えば、第１外側ロータ３４及び第１内側ロータ２４の間に磁気特性変化部４４を配置することにより１の変速部を実現した場合と、第１外側ロータ３４及び第１内側ロータ２４の間に第２磁気特性変化部１１６を配置することにより別の変速部を実現した場合とで、異なる変速比を実現可能としている。また、第１外側ロータ３４を軸方向に移動させることにより、第１内側ロータ２４の外側に第１外側ロータ３４または第２外側ロータ３６を選択的に対向させることを可能とし、第２内側ロータ２６の外側に第１外側ロータ３４または第２外側ロータ３６を選択的に対向させることを可能としている。したがって、互いに異なる変速比を持つ最大で８の変速部が実現可能である。また、磁気特性変化部４４、第２磁気特性変化部１１６を構成する柱部４６，１２０の数をＮｓｌ（ｌは、１または２）とし、第１内側ロータ２４、第２内側ロータ２６に設けられた磁極の極対数をＰｉｍ（ｍは、１または２）とし、第１外側ロータ３４、第２外側ロータ３６に設けられた磁極の極対数をＰｏｎ（ｎは、１または２）とした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓｌ＝Ｐｏｍ＋ＰｉｎまたはＮｓｌ＝Ｐｏｍ−Ｐｉｎが成立するように構成している。
【００６６】
アクチュエータ１８及び第２アクチュエータ１１２の作動は、図示しない制御部で統合して制御する。すなわち、制御部に入力される等により取得される変速比の指令値に応じて、制御部は、選択したアクチュエータ１８及び第２アクチュエータ１１２の１または２を作動させ、入力側部材１２に動力が入力された場合に出力側部材１４から所望の速度で動力を取り出し可能とする。その他の構成及び作用は、上記の図８に示した第３の実施の形態と同様である。
【００６７】
なお、本例の構成において、出力側部材１４のハウジングに対する軸方向の移動を不能とするとともに、入力側部材１２のハウジングに対する軸方向の移動を可能とし、入力側部材１２をアクチュエータ１８とは別のアクチュエータにより移動させるように構成することもできる。また、入力側部材１２及び出力側部材１４に設けるロータと、ステータ１６に設ける磁気特性変化部とを、それぞれ１または３以上とすることもできる。
【００６８】
また、上記の各例の構成では、外側ロータを設ける部材を出力側部材１４とし、内側ロータを設ける部材を入力側部材１２としているが、本発明はこれに限らず、外側ロータを設ける部材を、動力が入力される入力側部材１２とし、内側ロータを設ける部材を、動力が出力される出力側部材１４とすることもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１０，１０ａ，１０ｂ 磁気的多段変速機構、１２ 入力側部材、１４ 出力側部材、１６ ステータ、１８ アクチュエータ、２０ 軸部、２２ フランジ部、２４ 第１内側ロータ、２６ 第２内側ロータ、２８ 第３内側ロータ、３０ 小径筒部、３２ 大径筒部、３４ 第１外側ロータ、３６ 第２外側ロータ、３８ 第３外側ロータ、４０ 軸部、４２ ステータ本体部、４４ 磁気特性変化部、４６ 柱部、４８ コイル、５０ 回転軸、５２ 軸部、５４ ボールねじ、５６ 筒部、５７ 永久磁石、５８，６０，６２ 内側永久磁石、６４，６６，６８ 外側永久磁石、７０ 第１変速部、７２ 第２変速部、７４ 第３変速部、７６ 第１内側ロータ、７８ 第２内側ロータ、８０ 第３内側ロータ、８２ 第４内側ロータ、８４ 第５内側ロータ、８６ 第１外側ロータ、８８ 第２外側ロータ、９０ 第３外側ロータ、９２ 第４外側ロータ、９４ 第５外側ロータ、９６，９６ａ 複合磁気的多段変速機構、９８ 動力伝達部、１００ 筒部、１０２ 軸部、１０４ フランジ部、１０６ 小径筒部、１０８ 大径筒部、１１０ 第２コイル、１１２ 第２アクチュエータ、１１４ 筒部、１１６ 第２磁気特性変化部、１１８ スリット、１２０ 柱部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同軸に回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、
第１回転要素に設けられた内側ロータであって、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の内側永久磁石を含む内側ロータと、
第２回転要素に設けられた外側ロータであって、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の外側永久磁石を含む外側ロータと、
内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置され、周方向複数個所に磁性材製の柱部が配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備え、
内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた部分により、第１及び第２回転要素間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成し、
変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とすることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素と第２回転要素とステータとのうち、１または２が、軸方向に離れた複数の内側ロータと外側ロータと磁気特性変化部とのいずれか１を含み、
少なくとも１の磁気特性変化部に設けられた柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、
第１回転要素と第２回転要素とステータとの少なくとも１を軸方向に移動させることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能としたことを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータを含み、各内側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
第２回転要素は、軸方向に離れた複数の外側ロータを含み、各外側ロータは、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
ステータは、軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部により構成する磁気特性変化部を含み、
柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、
ステータを軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態に切り換えることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能としたことを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項４】
請求項３に記載の多段変速機において、
第１回転要素及び第２回転要素の一方の回転要素と、ステータとをそれぞれ軸方向に移動可能とし、
ステータは、軸方向に離れた複数の磁気特性変化部を含み、各磁気特性変化部は、互いに異なる数の磁性材製の柱部が周方向に並ぶように配置されており、
一方の回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータまたは外側ロータを含み、各内側ロータまたは各外側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石または外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立することを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素は、動力が入力される入力側部材であり、
第２回転要素は、動力が出力される出力側部材であることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気的多段変速機構において、
出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して同じ側に外側ロータを設けていることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項７】
請求項５に記載の磁気的多段変速機構において、
出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して反対側に外側ロータを設けていることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項８】
それぞれ請求項５から請求項７のいずれか１に記載の磁気的多段変速機構である、複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより構成する複合磁気的多段変速機構であって、
少なくとも１の磁気的多段変速機構を構成する出力側部材を、別の磁気的多段変速機構を構成する入力側部材に、動力伝達部を介して、または直接に作動的に連結し、
それぞれの磁気的多段変速機構において、入力側部材と出力側部材との間での変速比を切り換え可能としていることを特徴とする複合磁気的多段変速機構。
【請求項１】
互いに同軸に回転可能に配置された第１回転要素及び第２回転要素と、
第１回転要素に設けられた内側ロータであって、外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の内側永久磁石を含む内側ロータと、
第２回転要素に設けられた外側ロータであって、内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に配置されるように設けられた複数の外側永久磁石を含む外側ロータと、
内側、外側両ロータの間に径方向に離れて回転不能に配置され、周方向複数個所に磁性材製の柱部が配置される磁気特性変化部を含むステータと、を備え、
内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた部分により、第１及び第２回転要素間で動力を変速しながら伝達可能とする変速部を構成し、
変速部とは異なる変速比を有する別の変速部へ切り換え可能とすることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素と第２回転要素とステータとのうち、１または２が、軸方向に離れた複数の内側ロータと外側ロータと磁気特性変化部とのいずれか１を含み、
少なくとも１の磁気特性変化部に設けられた柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、
第１回転要素と第２回転要素とステータとの少なくとも１を軸方向に移動させることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能としたことを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータを含み、各内側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
第２回転要素は、軸方向に離れた複数の外側ロータを含み、各外側ロータは、互いに異なる数の外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
ステータは、軸方向同位置の周方向複数個所に配置された磁性材製の柱部により構成する磁気特性変化部を含み、
柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立し、
ステータを軸方向に移動させ、１の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態から、別の内側ロータ及び外側ロータに磁気特性変化部を径方向に対向させた状態に切り換えることにより、第１及び第２回転要素間での変速比を切り換え可能としたことを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項４】
請求項３に記載の多段変速機において、
第１回転要素及び第２回転要素の一方の回転要素と、ステータとをそれぞれ軸方向に移動可能とし、
ステータは、軸方向に離れた複数の磁気特性変化部を含み、各磁気特性変化部は、互いに異なる数の磁性材製の柱部が周方向に並ぶように配置されており、
一方の回転要素は、軸方向に離れた複数の内側ロータまたは外側ロータを含み、各内側ロータまたは各外側ロータは、互いに異なる数の内側永久磁石または外側永久磁石が周方向に並ぶように配置されており、
柱部の数をＮｓとし、少なくとも１の内側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｉとし、少なくとも１の外側ロータに設けられた磁極の極対数をＰｏとした場合に、切り換え可能なそれぞれの変速部でＮｓ＝Ｐｏ＋ＰｉまたはＮｓ＝Ｐｏ−Ｐｉが成立することを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の磁気的多段変速機構において、
第１回転要素は、動力が入力される入力側部材であり、
第２回転要素は、動力が出力される出力側部材であることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気的多段変速機構において、
出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して同じ側に外側ロータを設けていることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項７】
請求項５に記載の磁気的多段変速機構において、
出力側部材に、入力側部材の内側ロータを設ける側と軸方向に関して反対側に外側ロータを設けていることを特徴とする磁気的多段変速機構。
【請求項８】
それぞれ請求項５から請求項７のいずれか１に記載の磁気的多段変速機構である、複数の磁気的多段変速機構を作動的に連結することにより構成する複合磁気的多段変速機構であって、
少なくとも１の磁気的多段変速機構を構成する出力側部材を、別の磁気的多段変速機構を構成する入力側部材に、動力伝達部を介して、または直接に作動的に連結し、
それぞれの磁気的多段変速機構において、入力側部材と出力側部材との間での変速比を切り換え可能としていることを特徴とする複合磁気的多段変速機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−９４７４２（Ｐ２０１１−９４７４２Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０４５５（Ｐ２００９−２５０４５５）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
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