JP2014015992A - 磁気歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸に平行な方向に大型化することなく、減速比を大きくすることができる磁気歯車装置を提供する。
【解決手段】磁気歯車装置１の第１内歯車５は、第１の回転軸３に同軸に連結された第１内側筒３１と、第１内側筒３１の外周部に設けた複数の第１磁石片３２を有する。第２内歯車６は、第１内歯車５が配置される筒孔を有する第２内側筒４１と、第２内側筒４１の内周部に設けた複数の第２磁石片４２と、第２内側筒４１の外周部に設けた複数の第３磁石片４３を有する。外歯車７は、第２内歯車６が配置される筒孔を有する外側筒５１と、外側筒５１の内周部に設けた複数の第４磁石片５２を有する。複数の第１磁性歯部８は、複数の第１磁石片３２と複数の第２磁石片４２との間に配置される。複数の第２磁性歯部９は、第２の回転軸４に固定され、複数の第３磁石片４３と複数の第４磁石片５２との間に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気引力または斥力を利用して動力を伝達する磁気歯車装置に関するものである。

歯車は、トルクなどの動力を伝達する機械要素である。一般的な歯車は、原動側の歯と従動側の歯が接触することで動力を伝達するため、原動側の歯と従動側の歯との間に摩擦が生じる。したがって、原動側の歯と従動側の歯との間には、潤滑剤が必要になる。また、原動側の歯と従動側の歯との接触による騒音も発生する。そこで、近年、歯の接触の無い磁気歯車が開発されている。磁気歯車は、非接触でトルクを伝達するため、潤滑剤を必要とせず、且つ、無騒音で駆動させることができる。

一方、ロボットや複写機等に用いられる減速機構には、過大なトルクが作用したときにそのトルクを遮断（動力伝達を遮断）するトルクリミッタ機能を有するものが要求されている。磁気歯車は、トルクリミッタ機能を有するため、簡単な構造でトルクリミッタ機能を備えた減速機構を構成することができる。

磁気歯車装置としては、例えば、非特許文献１に記載されているものがある。この非特許文献１に記載された磁気歯車装置は、円筒状のハイスピードロータ及びロースピードロータを有しており、ハイスピードロータの外周面が、ロースピードロータの内周面に対向している。そして、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間に生じる磁気引力を利用して、ハイスピードロータの動力をロースピードロータに伝達する。

また、ハイスピードロータの外周面に取り付けた磁石片とロースピードロータの内周面に取り付けた磁石片との間には、磁石片の磁束を通す複数の鉄片（磁性歯部）が配置されている。

ところで、原動側の歯と従動側の歯が接触する一般的な歯車は、減速比が１／３０程度のものの要望が高い。そのため、磁気歯車装置としても、１／３０程度の高減速比のものの要望が高くなると考えられる。磁気歯車装置で高減速比を実現するには、例えば、ハイスピードロータとロースピードロータからなる歯車ユニットを、回転軸に平行な方向に２つ以上連結させることが考えられる。

Ｋ.Ａｔａｌｌａｈ ａｎｄ Ｄ．Ｈｏｗｅ,「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｇｅａｒ」,ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ,ＪＵＬＹ ２００１,Ｖｏｌ．３７． Ｎｏ．４，ｐ．２８４４−２８４６

しかしながら、ハイスピードロータとロースピードロータからなる歯車ユニットを回転軸方向に２つ以上連結させると、装置が回転軸に平行な方向に長くなり、装置が大型化してしまう。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、回転軸に平行な方向に大型化することなく、減速比を大きく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。

上述した目的を達成するため、本発明の磁気歯車装置は、第１の回転軸と、第１内歯車と、第２内歯車と、外歯車と、複数の第１磁性歯部と、複数の第２磁性歯部と、第２の回転軸とを備えている。
第１内歯車は、第１の回転軸に同軸に連結された筒状の第１内側筒と、第１内側筒の外周部に取り付けられた複数の第１磁石片とを有する。
第２内歯車は、第１内歯車が配置される筒孔を有する筒状の第２内側筒と、第２内側筒の内周部に取り付けられた複数の第２磁石片と、第２内側筒の外周部に取り付けられた複数の第３磁石片とを有する。
外歯車は、第２内歯車が配置される筒孔を有する筒状の外側筒と、外側筒の内周部に取り付けられた複数の第４磁石片とを有する。
複数の第１磁性歯部は、複数の第１磁石片と複数の第２磁石片との間に配置され、複数の第２磁性歯部は、複数の第３磁石片と複数の第４磁石片との間に配置される。
第２の回転軸には、複数の第２磁性歯部又は外歯車が固定されている。

上記構成の磁気歯車装置では、第１の回転軸の回転が第１内歯車から第２内歯車に伝達される。このとき、第２内歯車の回転速度は、第１の回転軸の回転速度に対して減速される。また、第２内歯車の回転は、複数の第２磁性歯部又は外歯車が固定された第２の回転軸に伝達される。このとき、第２の回転軸の回転速度は、第２内歯車に対して減速される。これにより、１組の歯車ユニット（例えば、ハイスピードロータとロースピードロータ）を備える磁気歯車装置よりも、減速比を大きくすることができる。

また、上記構成の磁気歯車装置は、筒状に形成された複数の磁気歯車（第１内歯車、第２内歯車及び外歯車）が第１の回転軸の径方向に重なり合う構造である。そのため、第１の回転軸に平行な方向に大型化することなく、減速比を大きくすることができる。

本発明の磁気歯車装置によれば、回転軸に平行な方向に大型化することなく、減速比を大きくすることができる。

本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態を示す断面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態の分解斜視図である。 図４Ａは本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態に係る第２の回転軸に第１内歯車及び第２内歯車を連結した状態を示す説明図、図４Ｂは第２の回転軸に第２磁性歯部を取り付けた状態を示す説明図である。 図５Ｃは第２蓋部に外歯車を取り付けた状態を示す説明図、図５Ｄは外歯車に第１蓋部を取り付けて磁気歯車装置を組み立てた状態を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態に係る第１内歯車における所定の第１磁石片の中央部が第１の回転軸の径方向において所定の第１磁性歯部の中央部に一致した状態の説明図である。 図６に示す状態から第１の回転軸を回転させた状態を示す説明図である。 図７に示す状態から第１の回転軸を回転させた状態を示す説明図である。 図８に示す状態から第１の回転軸を回転させた状態を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態に係る第２内歯車における所定の第３磁石片の中央部が第１の回転軸の径方向において外歯車の第４磁石片の中央部に一致した状態の説明図である。 図１０に示す状態から第２内歯車が回転した状態を示す説明図である。 図１１に示す状態から第２内歯車が回転した状態を示す説明図である。 図１２に示す状態から第２内歯車が回転した状態を示す説明図である。 本発明の磁気歯車装置の第２の実施形態を示す断面図である。 図１４に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の磁気歯車装置の第２の実施形態に係るステータ部の斜視図である。 図１６に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図１６に示すＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

以下、本発明の磁気歯車装置を実施するための形態について、図１〜図１８を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．磁気歯車装置の第１の実施形態の構成
まず、本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態の断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、本発明の磁気歯車装置の第１の実施形態の分解斜視図である。

図１〜図３に示すように、磁気歯車装置１は、ケース２と、第１の回転軸３と、第２の回転軸４と、第１内歯車５と、第２内歯車６と、外歯車７と、複数の第１磁性歯部８と、複数の第２磁性歯部９とを備えている。第１の回転軸３には、第１内歯車５が固定され、第２の回転軸４には、第２磁性歯部９が固定されている。

［ケース］
次に、ケース２について説明する。
図１に示すように、ケース２は、中空部を有する箱状に形成されている。ケース２は、両端が開口された筒状の外装筒１４と、外装筒１４の一方の開口を塞ぐ第１蓋部１５と、外装筒１４の他方の開口を塞ぐ第２蓋部１６から構成されている。第１蓋部１５と第２蓋部１６は、外装筒１４の軸方向で対向している。なお、図２では、外装筒１４を省略している。

第１蓋部１５は、適当な厚みを有する板状に形成されており、外装筒１４の軸方向に略直交する２つの平面を有している。この第１蓋部１５は、外装筒１４の軸方向の一端部に接合されている。また、第１蓋部１５には、第１の回転軸３が貫通する貫通孔と、軸受取り付け部１５ａ，１５ｂが設けられている。

軸受取り付け部１５ａ，１５ｂは、第１蓋部１５の第２蓋部１６に対向する面に設けられている。軸受取り付け部１５ａは、第１蓋部１５における貫通孔の周囲に形成された円形の凹部である。この軸受取り付け部１５ａには、軸受２１が取り付けられる。そして、軸受２１には、第１の回転軸３が固定されている。

軸受取り付け部１５ｂは、軸受取り付け部１５ａの周囲に形成された環状の凹部である。この軸受取り付け部１５ｂには、軸受２２が取り付けられる。そして、軸受２２には、第２内歯車６が固定されている。
また、第１蓋部１５の第２蓋部１６に対向する面には、第１磁性歯部８が固定されている。

第２蓋部１６は、適当な厚みを有する板状に形成されており、外装筒１４の軸方向に略直交する２つの平面を有している。この第２蓋部１６は、外装筒１４の軸方向の他端部に接合されている。また、第２蓋部１６には、第２の回転軸４が貫通する貫通孔と、軸受取り付け部１６ａが設けられている。

軸受取り付け部１６ａは、第２蓋部１６の第１蓋部１５に対向する面に設けられている。この軸受取り付け部１６ａは、第２蓋部１６における貫通孔の周囲に形成された円形の凹部である。軸受取り付け部１６ａには、軸受２３が取り付けられる。そして、軸受２３には、第２の回転軸４が固定されている。

ケース２（外装筒１４、第１蓋部１５及び第２蓋部１６）は、防錆および磁束漏れを防止のため、腐食に強い非磁性材料によって形成することが望ましい。ケース２の材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム、銅等の金属、又は合成樹脂を挙げることができる。

［第１の回転軸及び第２の回転軸］
次に、第１の回転軸３及び第２の回転軸４について説明する。
第１の回転軸３及び第２の回転軸４は、防錆および磁束漏れを防止のため、ケース２と同様に、腐食に強い非磁性材料から形成することが望ましい。図１に示すように、第１の回転軸３の軸心及び第２の回転軸４の軸心は、第１蓋部１５と第２蓋部１６が対向する方向と平行であって、互いに一致している。

第１の回転軸３は、ケース２の第１蓋部１５を貫通しており、第１内歯車５に連結されている。この第１の回転軸３は、第１内歯車５と同軸に配置されている。

第２の回転軸４は、軸部４ａと、軸部４ａの先端に設けられた円板部４ｂと、円板部４ｂに設けられた軸受取り付け部４ｃ，４ｄを有している。軸部４ａは、第２蓋部１６を貫通しており、軸受２３に固定されている。つまり、第２の回転軸４は、軸受２３を用いて第２蓋部１６に回転可能に取り付けられている。
また、軸部４ａは、円板部４ｂの中心部に連続している。円板部４ｂは、ケース２の内部に配置されており、外装筒１４の軸方向に略直交する２つの平面を有している。円板部４ｂの一方の平面は、第２蓋部１６に対向し、他方の平面は、第１蓋部１５に対向している。

軸受取り付け部４ｃ，４ｄは、円板部４ｂの他方の平面に設けられている。軸受取り付け部４ｃは、円板部４ｂの中央部に形成された円形の凹部である。この軸受取り付け部４ｃには、軸受２４が取り付けられる。そして、軸受２４には、第１の回転軸３が固定されている。つまり、第１の回転軸３は、軸受２１，２４を用いて第１蓋部１５及び第２の回転軸４に回転可能に支持されている。

軸受取り付け部４ｄは、軸受取り付け部４ｃの周囲に形成された環状の凹部である。この軸受取り付け部４ｄには、軸受２５が取り付けられる。そして、軸受２５には、第２内歯車６が固定されている。

軸受２１，２２，２３，２４及び２５は、それぞれ転動体２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ及び２５ａを有する転がり軸受（ボールベアリング）である。これら軸受２１〜２５の転動体２１ａ〜２５ａは、非磁性材料または炭素含有量が多い材料によって形成することが好ましい。通常使用される転がり軸受は、硬度を確保するための焼き入れを行うため、炭素含有量は多い。したがって、そのような通常の転がり軸受を用いてもよい。

なお、本発明に係る軸受は、転がり軸受に限定されるものではなく、例えば、すべり軸受、流体軸受等を適用することもできる。

［第１内歯車］
次に、第１内歯車５について説明する。
図１及び図２に示すように、第１内歯車５は、円形の外周部を有する第１内側筒３１と、第１内側筒３１の外周部に取り付けられた複数の第１磁石片３２とを備えている。

第１内側筒３１は、第１の回転軸３が嵌合される円形の筒孔３１ａを有する円筒状に形成されている。つまり、第１内歯車５は、第１の回転軸３と同軸に連結されている。第１内側筒３１は、例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄などの磁性材料からなる板状の複数のリング部材３３を積層することにより形成されている（図１参照）。

複数のリング部材３３は、カシメ、溶接、接着剤などの固着方法により固着されて一体成形されている。このように、磁性材料からなる複数のリング部材３３を積層して第１内側筒３１を形成することにより、第１内側筒３１の軸方向に流れる渦電流を遮断することができる。そのため、第１内側筒３１は、磁性材料からなる複数のリング部材３３を積層して形成することが好ましい。

複数の第１磁石片３２は、それぞれ第１内側筒３１（筒孔３１ａ）の軸方向に長い略長方形の板状に形成された永久磁石である。これら複数の第１磁石片３２は、第２内歯車６の後述する複数の第２磁石片４２と対向している。
複数の第１磁石片３２は、第１内側筒３１の径方向に磁化されている。そして、複数の第１磁石片３２は、磁化された方向が互いに反対である複数の第１磁石片３２Ａ，３２Ｂから構成されている。

第１磁石片３２Ａと第１磁石片３２Ｂは、第１内側筒３１の外周部に沿って交互に並べられている。つまり、複数の第１磁石片３２Ａ，３２Ｂは、異なる磁極が第１内側筒３１の周方向に沿って隣り合うように並べられている。第１磁石片３２Ａは、第１内側筒３１側がＮ極であり、第２内歯車６の後述する第２磁石片４２側がＳ極である。一方、第１磁石片３２Ｂは、第１内側筒３１側がＳ極であり、第２磁石片４２側がＮ極である。

［第２内歯車］
次に、第２内歯車６について図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、第２内歯車６は、第１内歯車５が配置される筒孔４１ａを有する第２内側筒４１と、第２内側筒４１の内周部に取り付けられた複数の第２磁石片４２と、第２内側筒４１の外周部に取り付けられた複数の第３磁石片４３とを備えている。

第２内側筒４１は、軸受２２，２５に固定されており、第１の回転軸３及び第１内歯車５と同軸に配置されている。つまり、第２内歯車６は、軸受２２，２５を用いて第１蓋部１５及び第２の回転軸４に回転可能に支持されている。
第２内側筒４１は、例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄などの磁性材料からなる板状の複数のリング部材不図示を積層することにより形成されている。これにより、第２内側筒がヨークとなり、高磁束密度を得ることができる。

複数の第２磁石片４２は、それぞれ第２内側筒４１（筒孔４１ａ）の軸方向に長い略長方形の板状に形成された永久磁石である。これら複数の第２磁石片４２は、第１内歯車５の複数の第１磁石片３２と対向している。複数の第２磁石片４２の個数は、複数の第１磁石片３２の個数よりも多く設定されている。

第１内歯車５の回転は、複数の第１磁石片３２と複数の第１磁性歯部８との間、及び複数の第２磁石片４２と複数の第１磁性歯部８との間に生じる磁気吸引力により、第２内歯車６に伝達される。したがって、複数の第２磁石片４２の個数を複数の第１磁石片３２の個数よりも多くすることにより、第１内歯車５の回転角度に対する第２内歯車６の回転角度を小さくすることができる。その結果、第２内歯車６の回転速度を、第１内歯車５の回転速度に対して減速させることができる。

複数の第２磁石片４２は、それぞれ第２内側筒４１の径方向に磁化されている。そして、複数の第２磁石片４２は、磁化された方向が互いに反対である複数の第２磁石片４２Ａ，４２Ｂから構成されている。

第２磁石片４２Ａと第２磁石片４２Ｂは、第２内側筒４１の内周部に沿って交互に並べられている。つまり、複数の第２磁石片４２Ａ，４２Ｂは、異なる磁極が第２内側筒４１の内周部に沿って隣り合うように並べられている。第２磁石片４２Ａは、第２内側筒４１側がＳ極であり、第１磁石片３２側がＮ極である。一方、第２磁石片４２Ｂは、第２内側筒４１側がＮ極であり、第１磁石片３２側がＳ極である。

複数の第３磁石片４３は、それぞれ第２内側筒４１（筒孔４１ａ）の軸方向に長い略長方形の板状に形成された永久磁石である。これら複数の第３磁石片４３は、外歯車７の後述する複数の第４磁石片５２に対向している。
複数の第３磁石片４３は、それぞれ第２内側筒４１の径方向に磁化されている。そして、複数の第３磁石片４３は、磁化された方向が互いに反対である複数の第３磁石片４３Ａ，４３Ｂから構成されている。

第３磁石片４３Ａと第３磁石片４３Ｂは、第２内側筒４１の外周部に沿って交互に並べられている。つまり、複数の第３磁石片４３Ａ，４３Ｂは、異なる磁極が第２内側筒４１の外周部に沿って隣り合うように並べられている。第３磁石片４３Ａは、第２内側筒４１側がＳ極であり、外歯車７の後述する第４磁石片５２側がＮ極である。一方、第３磁石片４３Ｂは、第２内側筒４１側がＮ極であり、外歯車７の第４磁石片５２側がＳ極である。

［外歯車］
次に、外歯車７について図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、外歯車７は、第２内歯車６が配置される筒孔５１ａを有する外側筒５１と、外側筒５１の内周部に取り付けられた複数の第４磁石片５２とを備えている。

外側筒５１は、ケース２における外装筒１４の内周部に固定されており、第１の回転軸３、第１内歯車５及び第２内歯車６と同軸に配置されている。外側筒５１は、例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄などの磁性材料からなる板状の複数のリング部材５３を積層することにより形成されている（図１参照）。

複数のリング部材５３は、カシメ、溶接、接着剤などの固着方法により固着されて一体成形されている。このように、磁性材料からなる複数のリング部材５３を積層して外側筒５１を形成することにより、外側筒５１の軸方向に流れる渦電流を遮断することができる。そのため、外側筒５１は、磁性材料からなる複数のリング部材５３を積層して形成することが好ましい。

複数の第４磁石片５２は、それぞれ外側筒５１（筒孔５１ａ）の軸方向に長い略長方形の板状に形成された永久磁石である。これら複数の第４磁石片５２は、第２内歯車６の複数の第３磁石片４３と対向している。複数の第４磁石片５２の個数は、複数の第３磁石片４３の個数よりも多く設定されている。

第２内歯車６の回転は、複数の第３磁石片４３と複数の第２磁性歯部９との間、及び複数の第４磁石片５２と複数の第２磁性歯部９との間に生じる磁気吸引力により、第２の回転軸４（複数の第２磁性歯部９）に伝達される。したがって、複数の第４磁石片５２の個数を複数の第３磁石片４３の個数よりも多くすることにより、第２内歯車６の回転角度に対する第２の回転軸４の回転角度を小さくすることができる。その結果、第２の回転軸４の回転速度を、第２内歯車６の回転速度に対して減速させることができる。

複数の第４磁石片５２は、外側筒５１の径方向に磁化されている。そして、複数の第４磁石片５２は、磁化された方向が互いに反対である複数の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂから構成されている。

第４磁石片５２Ａと第４磁石片５２Ｂは、外側筒５１の内周部に沿って交互に並べられている。つまり、複数の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂは、異なる磁極が外側筒５１の内周部に沿って隣り合うように並べられている。第４磁石片５２Ａは、外側筒５１側がＮ極であり、第３磁石片４３側がＳ極である。一方、第４磁石片５２Ｂは、外側筒５１側がＳ極であり、第３磁石片４３側がＮ極である。

［第１磁性歯部］
次に、複数の第１磁性歯部８について図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、複数の第１磁性歯部８は、ケース２の第１蓋部１５に取り付けられており、第１内歯車５の複数の第１磁石片３２と、第２内歯車６の複数の第２磁石片４２との間に配置されている。

複数の第１磁性歯部８は、第１の回転軸３の周方向に沿って所定の間隔をあけて並んでいる。複数の第１磁性歯部８は、第１の回転軸３の軸方向と平行な方向に延びる略棒状に形成されている。第１磁性歯部８は、板状の複数の磁性片６１（図１参照）を長手方向（第１の回転軸３の軸方向に平行な方向）に積層することにより形成されている。この磁性片６１の材料としては、例えば、電磁鋼板を挙げることができる。

後述するように、本実施の形態の磁気歯車装置１では、第１内歯車５と第２内歯車６が互いに反対方向に回転する。したがって、第１磁性歯部８を１つの磁性材料によって棒状に形成すると、磁性歯部に渦電流が発生する。そして、磁性歯部に渦電流が発生すると、レンツの法則により第１内歯車５及び第２内歯車６の回転に抗する電磁ブレーキが生じてトルク損失となる。
そこで、本実施の形態では、複数の磁性片６１を積層して第１磁性歯部８を形成し、渦電流が第１磁性歯部８の長手方向に流れることを遮断している。

複数の第１磁性歯部８の長手方向の一端部は、第１蓋部１５に接合されている。また、複数の第１磁性歯部８の長手方向の他端部には、環状部材６２が接合されている（図１参照）。なお、図３では、環状部材６２を省略している。環状部材６２は、非磁性材料により形成されており、複数の第１磁性歯部８における他端部の変位を拘束する。これにより、複数の第１磁性歯部８の強度を高めることができると共に、複数の第１磁性歯部８の振動を抑制あるいは防止することができる。

環状部材６２の材料としては、合成樹脂が好ましい。環状部材６２と第１磁性歯部８との接合は、例えば、接着剤を用いてもよく、樹脂と金属の一体成形で接合してもよい。また、第１磁性歯部８と第１蓋部１５との接合は、例えば、接着剤を用いてもよく、カシメ、溶接などの固着方法を用いてもよい。

［第２磁性歯部］
次に、複数の第２磁性歯部９について図１〜図３を参照して説明する。
図１〜図３に示すように、複数の第２磁性歯部９は、第２の回転軸４に取り付けられており、第２内歯車６の複数の第３磁石片４３と、外歯車７の複数の第４磁石片５２との間に配置されている。

複数の第２磁性歯部９は、第２の回転軸４の周方向に沿って所定の間隔をあけて並んでいる。複数の第２磁性歯部９は、第２の回転軸４の軸方向と平行な方向に延びる略棒状に形成されている。第２磁性歯部９は、板状の複数の磁性片６５（図１参照）を長手方向（第１の回転軸３の軸方向に平行な方向）に積層することにより形成されている。この磁性片６５の材料としては、例えば、電磁鋼板を挙げることができる。

後述するように、本実施の形態の磁気歯車装置１では、第２内歯車６と複数の第２磁性歯部９が互いに反対方向に回転する。したがって、第２磁性歯部９を１つの磁性材料によって棒状に形成すると、磁性歯部に渦電流が発生する。そして、磁性歯部に渦電流が発生すると、レンツの法則により第２内歯車６と第２磁性歯部９の回転に抗する電磁ブレーキが生じてトルク損失となる。
そこで、本実施の形態では、複数の磁性片６５を積層して第２磁性歯部９を形成し、渦電流が第２磁性歯部９の長手方向に流れることを遮断している。

第２磁性歯部９の長手方向の一端部には、環状部材６６が接合されている（図１参照）。なお、図３では、環状部材６６を省略している。環状部材６６は、環状部材６２と同様に、非磁性材料により形成されており、複数の第２磁性歯部９における一端部の変位を拘束する。これにより、複数の第２磁性歯部９の強度を高めることができると共に、複数の第２磁性歯部９の振動を抑制あるいは防止することができる。

また、複数の第２磁性歯部９の長手方向の他端部には、ブラケット６７が接合されている。このブラケット６７は、非磁性材料によって円環状に形成されている。ブラケット６７の軸方向の一方の面には、複数の第２磁性歯部９が接合されており、他方の面は第２の回転軸４に固定されている。つまり、複数の第２磁性歯部９は、ブラケット６７を介して第２の回転軸４に取り付けられている。

環状部材６６及びブラケット６７の材料としては、合成樹脂が好ましい。環状部材６６及びブラケット６７と第２磁性歯部９との接合は、例えば、接着剤を用いてもよく、樹脂と金属の一体成形で接合してもよい。

［磁気歯車装置の製造方法］
次に、磁気歯車装置１の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。
図４Ａは、第２蓋部１６に第２の回転軸４を接続し、第２の回転軸４に第１の回転軸３、第１内歯車５及び第２内歯車６を接続した状態を示す説明図である。図４Ｂは、図４Ａに示す状態の第２の回転軸４に第２磁性歯部９を取り付けた状態を示す説明図である。図５Ｃは、図４Ｂに示す状態の第２蓋部１６に外装筒１４を接合した状態を示す説明図である。図５Ｄは、図５Ｃに示す状態の外装筒１４に第１蓋部１５を接合した状態を示す説明図である。

磁気歯車装置１を製造するには、まず、第２の回転軸４を第２蓋部１６に軸受２３を用いて接続する（図４Ａ参照）。これにより、第２の回転軸４は、第２蓋部１６に回転可能に支持される。

次に、予め第１内歯車５が連結された第１の回転軸を、第２の回転軸４に軸受２４を用いて接続する。これにより、第１内歯車５が連結された第１の回転軸３は、第２の回転軸４に回転可能に支持される。

また、第２内歯車６を第２の回転軸４に軸受２５を用いて接続する。これにより、第２内歯車６は、第２の回転軸４に回転可能に支持される。そして、第１内歯車５が第２内歯車６の筒孔４１ａに配置され、第１内歯車５の複数の第１磁石片３２Ａ，３２Ｂと第２内歯車６の複数の第２磁石片４２Ａ，４２Ｂは、第１の回転軸３の径方向において互いに対向する。

なお、磁気歯車装置１の製造方法としては、第１の回転軸３（第１内歯車５）と第２内歯車６を第２の回転軸４に予め接続しておき、その後、第２の回転軸４を第２蓋部１６に接続してもよい。

次に、第２磁性歯部９を第２の回転軸４にブラケット６７を介して取り付ける（図４Ｂ参照）。第２内歯車６を第２の回転軸４に接続する前に、第２磁性歯部９を第２の回転軸４に接合すると、第２磁性歯部９と第２内歯車６が干渉する。そのため、第２内歯車６を第２の回転軸４に接続した後に、第２磁性歯部９を第２の回転軸４に接合する。

続いて、予め外歯車７が固定された外装筒１４を第２蓋部１６に接合する（図５Ｃ参照）。これにより、第２内歯車６が外歯車７の筒孔５１ａに配置され、第２内歯車６の複数の第３磁石片４３Ａ，４３Ｂと外歯車７の複数の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂは、第１の回転軸３の径方向において互いに対向する。

その後、予め第１磁性歯部８が取り付けられた第１蓋部１５を接合する（図５Ｄ参照）。これにより、ケース２が形成される。そして、第１の回転軸３は、第１蓋部１５に軸受２１を用いて回転可能に接続される。さらに、第２内歯車６は、軸受２２によって第１蓋部１５に回転可能に接続される。その結果、磁気歯車装置１の製造が完了する。

なお、本実施の形態では、第１磁性歯部８及び第２磁性歯部９の材料として、電磁鋼板を採用したが、本発明に係る磁性歯部は、これに限定されない。本発明に係る磁性歯部としては、例えば圧粉磁心を用いてもよい。圧粉磁心は、鉄粉同士が絶縁されているため、電気抵抗が高い。

圧粉磁心によって磁性歯部を形成した場合は、磁性歯部の電気抵抗が高くなるため、磁性歯部に渦電流が流れにくくなる。その結果、磁気歯車装置１におけるトルク損失を軽減することができる。また、圧粉磁心は安価であるため、圧粉磁心により磁性歯部を形成すると材料費のコストを低減することができる。さらに、圧粉磁心は成形性がよいため、連結片と磁性から構成される磁性部材を容易に製造することができる。

２．磁気歯車装置の第１の実施形態の動作
次に、磁気歯車装置１の動作について説明する。
まず、第１内歯車５（第１の回転軸３）の回転に応じた第２内歯車６の回転について、図６〜図９を参照して説明する。
図６は、第１内歯車５における第１磁石片３２Ａａ，３２Ａｂ，３２Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ａ，８Ｂ，８Ｃの中央部に一致した状態の説明図である。

図６に示す状態の第１磁性歯部８Ａ，８Ｂ，８Ｃに注目すると、第１磁石片３２Ａａ，３２Ａｂ，３２Ａｃの中央部に対向する側がＮ極となり、反対側がＳ極となっている。そして、第１磁性歯部８Ａ，８Ｂ，８ＣのＳ極は、第２内歯車６の第２磁石片４２Ａａ，４２Ａｂ，４２ＡｃのＮ極に対向している。

したがって、第１磁石片３２Ａａと第１磁性歯部８Ａとの間、第１磁石片３２Ａｂと第１磁性歯部８Ｂとの間、及び第１磁石片３２Ａｃと第１磁性歯部８Ｃとの間に生じる磁気吸引力は、半径方向のみならず周方向にも釣り合っている。また、第１磁性歯部８Ａと第２磁石片４２Ａａとの間、第１磁性歯部８Ｂと第２磁石片４２Ａｂとの間、及び第１磁性歯部８Ｃと第２磁石片４２Ａｃとの間に生じる磁気吸引力は、半径方向のみならず周方向にも釣り合っている。

図６に示す状態から第１の回転軸３を矢印Ｒ１方向に回転させると、第１の回転軸３と共に第１内歯車５が矢印Ｒ１方向に回転する。そして、第１内歯車５における第１磁石片３２Ｂａ，３２Ｂｂ，３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｄ，８Ｅ，８Ｆの中央部と一致する。
なお、矢印Ｒ１方向は、第１の回転軸３の軸心を中心とした回転方向である。

図７は、第１内歯車５における第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｄ〜８Ｆの中央部と一致した状態の説明図である。

第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｄ〜８Ｆの中央部に一致すると、第１磁性歯部８Ｄ〜８Ｆにおける第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃに対向する側がＳ極となり、反対側がＮ極となる。

これにより、第２内歯車６の第２磁石片４２Ｂａ，４２Ｂｂ，４２Ｂｃと第１磁性歯部８Ｄ，８Ｅ，８Ｆとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。そして、第１磁性歯部８Ｄと第２磁石片４２Ｂａとの間、第１磁性歯部８Ｅと第２磁石片４２Ｂｂとの間、第１磁性歯部８Ｆと第２磁石片４２Ｂｃとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転し、第２内歯車６の第２磁石片４２Ｂａ〜４２Ｂｃの中央部と、第１磁性歯部８Ｄ〜８Ｆの中央部が第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図７に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。
なお、矢印Ｒ２方向は、第１の回転軸３の軸心を中心とした回転方向であり、矢印Ｒ１方向と反対の方向である。

図７に示す状態から第１の回転軸３及び第１内歯車５を矢印Ｒ１方向に回転させると、第１内歯車５の第１磁石片３２Ａａ〜３２Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｇ〜８Ｉの中央部に一致する。

図８は、第１内歯車５における第１磁石片３２Ａａ〜３２Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｇ〜８Ｉの中央部と一致した状態の説明図である。

第１磁石片３２Ａａ〜３２Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｇ〜８Ｉの中央部に一致すると、第１磁性歯部８Ｇ〜８Ｉにおける第１磁石片３２Ａａ〜３２Ａｃに対向する側がＮ極となり、反対側がＳ極となる。

これにより、第２内歯車６の第２磁石片４２Ａｄ，４２Ａｅ，４２Ａｆと第１磁性歯部８Ｇ，８Ｈ，８Ｉとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。そして、第１磁性歯部８Ｇと第２磁石片４２Ａｄとの間、第１磁性歯部８Ｈと第２磁石片４２Ａｅとの間、第１磁性歯部８Ｉと第２磁石片４２Ａｆとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転し、第２内歯車６の第２磁石片４２Ａｄ〜４２Ａｆの中央部と、第１磁性歯部８Ｇ〜８Ｉの中央部が第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図８に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。

図８に示す状態から第１の回転軸３及び第１内歯車５を矢印Ｒ１方向に回転させると、第１内歯車５の第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｊ〜８Ｌの中央部に一致する。

図９は、第１内歯車５における第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｊ〜８Ｌの中央部に一致した状態の説明図である。

第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第１磁性歯部８Ｊ〜８Ｌの中央部に一致すると、第１磁性歯部８Ｊ〜８Ｌにおける第１磁石片３２Ｂａ〜３２Ｂｃに対向する側がＳ極となり、反対側がＮ極となる。

これにより、第２内歯車６の第２磁石片４２Ｂｄ，４２Ｂｅ，４２Ｂｆと第１磁性歯部８Ｊ，８Ｋ，８Ｌとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。そして、第１磁性歯部８Ｊと第２磁石片４２Ｂｄとの間、第１磁性歯部８Ｋと第２磁石片４２Ｂｅとの間、第１磁性歯部８Ｌと第２磁石片４２Ｂｆとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転し、第２内歯車６の第２磁石片４２Ｂｄ〜４２Ｂｆの中央部と、第１磁性歯部８Ｊ〜８Ｌの中央部が第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図９に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。

図６に示す状態から図８に示す状態になるまでに、第１内歯車５（第１の回転軸３）は、矢印Ｒ１方向へ複数の第１磁性歯部８における１ピッチ角度だけ回転する。そして、第２内歯車６は、第１磁性歯部８における１ピッチ角度よりも小さい角度（本例では、第１磁性歯部８の１ピッチ角度の１／６程度）だけ矢印Ｒ２方向へ回転する。

次に、第２内歯車６の回転に応じた第２磁性歯部９（第２の回転軸４）の回転について、図１０〜図１３を参照して説明する。
図１０は、第２内歯車６における第３磁石片４３Ａａ，４３Ａｂ，４３Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において外歯車７の第４磁石片５２Ａａ，５２Ａｂ，５２Ａｃの中央部に一致した状態の説明図である。なお、図１０に示す状態は、図６に示す状態と同じである。

図１０に示す状態の第２磁性歯部９Ａ，９Ｂ，９Ｃに注目すると、第３磁石片４３Ａａ，４３Ａｂ，４３Ａｃの中央部に対向する側がＳ極となり、反対側がＮ極となっている。そして、第２磁性歯部９Ａ，９Ｂ，９ＣのＮ極は、第４磁石片５２Ａａ，５２Ａｂ，５２ＡｃのＳ極に対向している。

したがって、第３磁石片４３Ａａと第２磁性歯部９Ａとの間、第３磁石片４３Ａｂと第２磁性歯部９Ｂとの間、及び第３磁石片４３Ａｃと第２磁性歯部９Ｃとの間に生じる磁気吸引力は、半径方向のみならず周方向にも釣り合っている。また、第２磁性歯部９Ａと第４磁石片５２Ａａとの間、第２磁性歯部９Ｂと第４磁石片５２Ａｂとの間、及び第２磁性歯部９Ｃと第４磁石片５２Ａｃとの間に生じる磁気吸引力は、半径方向のみならず周方向にも釣り合っている。

図１０に示す状態から第１の回転軸３（第１内歯車５）を矢印Ｒ１方向に回転させると、上述したように、第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転する。そして、第２内歯車６における第３磁石片４３Ｂａ，４３Ｂｂ，４３Ｂｃの中央部が、外歯車７の第４磁石片５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃの中央部に第１の回転軸３の径方向において一致する。

図１１は、第２内歯車６における第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ｂａ〜５２Ｂｃの中央部と一致した状態の説明図である。

第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ｂａ〜５２Ｂｃの中央部に一致すると、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃと第２磁性歯部９Ｄ〜９Ｆとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。また、第４磁石片５２Ｂａ〜５２Ｂｃと第２磁性歯部９Ｄ〜９Ｆとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。これにより、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃと第２磁性歯部９Ｄ〜９Ｆとの間、及び第４磁石片５２Ｂａ〜５２Ｂｃと第２磁性歯部９Ｄ〜９Ｆとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、複数の第２磁性歯部９は、第２の回転軸４（図１参照）と共に矢印Ｒ３方向に回転する。そして、複数の第２磁性歯部９のうちの第２磁性歯部９Ｄ〜９Ｆの中央部が、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部及び第４磁石片５２Ｂａ〜５２Ｂｃの中央部と、第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図１１に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。
なお、矢印Ｒ３方向は、矢印Ｒ２方向と同じ方向である。

図１１に示す状態から第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転すると、第２内歯車６における第３磁石片４３Ａａ，４３Ａｂ，４３Ａｃの中央部が、外歯車７の第４磁石片５２Ａｄ，５２Ａｅ，５２Ａｆの中央部に第１の回転軸３の径方向において一致する。

図１２は、第２内歯車６における第３磁石片４３Ａａ〜４３Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ａｄ〜５２Ａｆの中央部と一致した状態の説明図である。

第３磁石片４３Ａａ〜４３Ａｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ａｄ〜５２Ａｆの中央部に一致すると、第３磁石片４３Ａａ〜４３Ａｃと第２磁性歯部９Ｇ〜９Ｉとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。また、第４磁石片５２Ａｄ〜５２Ａｆと第２磁性歯部９Ｇ〜９Ｉとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。これにより、第３磁石片４３Ａａ〜４３Ａｃと第２磁性歯部９Ｇ〜９Ｉとの間、及び第４磁石片５２Ａｄ〜５２Ａｆと第２磁性歯部９Ｇ〜９Ｉとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、複数の第２磁性歯部９が、第２の回転軸４（図１参照）と共に矢印Ｒ３方向に回転する。そして、複数の第２磁性歯部９のうちの第２磁性歯部９Ｇ〜９Ｉの中央部が、第３磁石片４３Ａａ〜４３Ａｃの中央部及び第４磁石片５２Ａｄ〜５２Ａｆの中央部と、第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図１２に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。

図１２に示す状態から第２内歯車６が矢印Ｒ２方向に回転すると、第２内歯車６における第３磁石片４３Ｂａ，４３Ｂｂ，４３Ｂｃの中央部が、外歯車７の第４磁石片５２Ｂｄ，５２Ｂｅ，５２Ｂｆの中央部に第１の回転軸３の径方向において一致する。

図１３は、第２内歯車６における第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ｂｄ〜５２Ｂｆの中央部と一致した状態の説明図である。

第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部が、第１の回転軸３の径方向において第４磁石片５２Ｂｄ〜５２Ｂｆの中央部に一致すると、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃと第２磁性歯部９Ｊ〜９Ｌとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。また、第４磁石片５２Ｂｄ〜５２Ｂｆと第２磁性歯部９Ｊ〜９Ｌとの間に生じる磁気吸引力の釣り合いが崩れる。これにより、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃと第２磁性歯部９Ｊ〜９Ｋとの間、及び第４磁石片５２Ｂｄ〜５２Ｂｆと第２磁性歯部９Ｊ〜９Ｋとの間には、周方向に作用する磁気吸引力が生じる。

したがって、複数の第２磁性歯部９が、第２の回転軸４（図１参照）と共に矢印Ｒ３方向に回転する。そして、複数の第２磁性歯部９のうちの第２磁性歯部９Ｊ〜９Ｌの中央部が、第３磁石片４３Ｂａ〜４３Ｂｃの中央部及び第４磁石片５２Ｂｄ〜５２Ｂｆの中央部と、第１の回転軸３の径方向において一致する。その結果、磁気歯車装置１は、図１３に示すように、磁気吸引力が釣り合った状態になる。

図１０に示す状態から図１２に示す状態になるまでに、第２内歯車６は、矢印Ｒ２方向へ複数の第２磁性歯部９における１ピッチ角度だけ回転する。そして、複数の第２磁性歯部９は、複数の第２磁性歯部９における１ピッチ角度よりも小さい角度（本例では、第２磁性歯部９の１ピッチ角度の１／６程度）だけ矢印Ｒ３方向へ回転する。

本実施の形態の磁気歯車装置１では、第１の回転軸３の回転が第１内歯車５から第２内歯車６に非接触で伝達される。このとき、第２内歯車６の回転速度は、第１の回転軸３（第１内歯車５）の回転速度に対して減速される。また、第２内歯車６の回転は、複数の第２磁性歯部９が取り付けられた第２の回転軸４に非接触で伝達される。このとき、第２の回転軸４の回転速度は、第２内歯車６に対して減速される。これにより、１組の歯車ユニット（例えば、ハイスピードロータとロースピードロータ）を備える磁気歯車装置よりも、減速比を大きくすることができる。

また、磁気歯車装置で発生するトルクは、一般的に、歯車ユニットの径の長さに比例する。本実施の形態の磁気歯車装置１では、第１内歯車５、第２内歯車６、外歯車７の順に径が大きくなるため、第１内歯車５が連結される第１の回転軸３を入力側にすれば、出力側となる第２の回転軸４のトルクを十分に確保することができる。

また、本実施の形態の磁気歯車装置１では、筒状に形成された第１内歯車５、第２内歯車６及び外歯車７を第１の回転軸３の径方向に重ねる構造にした。そのため、磁気歯車装置１は、第１の回転軸３に平行な方向に大型化することなく、減速比を大きくすることができる。

また、本実施の形態の磁気歯車装置１では、第１内歯車５の第１内側筒３１及び外歯車７の外側筒５１を磁性材料によって形成した。これにより、複数の第１磁石片３２Ａ，３２Ｂ及び複数の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂで第１内側筒３１及び外側筒５１の磁気モーメントを揃えて、大きな表面磁束密度を得ることができる。

また、本実施の形態の磁気歯車装置１では、第２内歯車６が第１内歯車５と外歯車７との間に配置され、第１内歯車５（第１の回転軸３）の回転を複数の第２磁性歯部９が取り付けられた第２の回転軸４に伝える。これにより、第２内側筒４１が第１内歯車５の出力軸と第２内歯車６の入力軸を兼ねる構成となるため、部品点数を削減することができる。

本実施の形態の磁気歯車装置１では、第１内歯車５から第２内歯車６に、又は第２内歯車６から第１内歯車５に第１磁性歯部８を介して磁場が作用する。また、第２内歯車６から外歯車７に、又は外歯車７から第２内歯車６に第２磁性歯部９を介して磁場が作用する。そこで、磁気歯車装置１は、第１内側筒３１及び外側筒５１を磁性材料からなる複数の板状部材を積層して形成する構成とした。これにより、第１内側筒３１及び外側筒５１の軸方向に流れる渦電流を遮断して、トルク損失（渦電流損）を軽減することができる。

３．発電装置の第２の実施形態の構成
次に、本発明の磁気歯車装置の第２の実施形態の構成について、図１４及び図１５を参照して説明する。
図１４は、本発明の磁気歯車装置の第２の実施形態の断面図である。図１５は、図１４に示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

第２の実施形態の磁気歯車装置３０１は、第１の実施形態の磁気歯車装置１（図１参照）と同様の構成を有している。磁気歯車装置３０１の磁気歯車装置１と異なる構成は、ケース３０２と、第２の回転軸３０４と、外歯車３０７である。そのため、ここでは、ケース３０２、第２の回転軸３０４、外歯車３０７について説明する。

図１４及び図１５に示すように、磁気歯車装置３０１は、ケース３０２と、第１の回転軸３と、第２の回転軸３０４と、第１内歯車５と、第２内歯車６と、外歯車３０７とを備えている。第１の回転軸３には、第１内歯車５が固定され、第２の回転軸３０４には、外歯車３０７が固定されている。
第１の回転軸３、第１内歯車５及び第２内歯車６は、第１の実施形態の磁気歯車装置１に適用したものと同じである。

［ケース］
次に、ケース３０２について説明する。
図１４に示すように、ケース３０２は、両端が開口された筒状の外装筒３１４と、外装筒３１４の一方の開口を塞ぐ第１蓋部３１６と、外装筒３１４の他方の開口を塞ぐ第２蓋部３１７から構成されている。第１蓋部３１６と第２蓋部３１７は、外装筒３１４の軸方向で対向している。

第１蓋部３１６は、適当な厚みを有する板状に形成されており、外装筒３１４の軸方向に略直交する２つの平面を有している。この第１蓋部３１６は、外装筒３１４の軸方向の一端部に接合されている。また、第１蓋部３１６には、第１の回転軸３が貫通する貫通孔と、軸受取り付け部３１６ａ，３１６ｂが設けられている。

軸受取り付け部３１６ａ，３１６ｂは、第１蓋部３１６の第２蓋部３１７に対向する面に設けられている。軸受取り付け部３１６ａは、第１蓋部３１６における貫通孔の周囲に形成された円形の凹部である。この軸受取り付け部３１６ａには、軸受３２１が取り付けられる。そして、軸受３２１には、第１の回転軸３が固定されている。

軸受取り付け部３１６ｂは、軸受取り付け部３１６ａの周囲に形成された環状の凹部である。この軸受取り付け部３１６ｂには、軸受３２２が取り付けられる。そして、軸受３２２には、第２内歯車６が固定されている。
また、第１蓋部３１６の第２蓋部３１７に対向する面には、第１ステータ部３０８と、第２ステータ部３０９が固定されている。

第２蓋部３１７は、適当な厚みを有する板状に形成されており、外装筒３１４の軸方向に略直交する２つの平面を有している。この第２蓋部３１７は、外装筒３１４の軸方向の他端部に接合されている。また、第２蓋部３１７には、第２の回転軸３０４が貫通する貫通孔と、軸受取り付け部３１７ａが設けられている。

軸受取り付け部３１７ａは、第２蓋部３１７の第１蓋部３１６に対向する面に設けられている。この軸受取り付け部３１７ａは、第２蓋部３１７における貫通孔の周囲に形成された円形の凹部である。軸受取り付け部３１７ａには、軸受３２３が取り付けられる。そして、軸受３２３には、第２の回転軸３０４が固定されている。

軸支持部３１２は、外装筒３１４の内部において第１蓋部３１６と第２蓋部３１７の中間よりも第２蓋部３１７側に配置されている。この軸支持部３１２は、適当な厚みを有する円板状に形成されており、第１蓋部３１６に対向する第１平面３１２ａと、第２蓋部３１７に対向する第２平面３１２ｂとを有している。

軸支持部３１２の第１平面１２ａには、軸受用突部３１２ｃが設けられている。この軸受用突部３１２ｃには、軸受３２４が配置される凹部が設けられている。軸受３２４は、軸受用突部３１２ｃに固定されており、第１の回転軸３を回転可能に支持する。また、軸受用突部３１２ｃの外周部には、軸受３２５が固定されている。この軸受３２５は、第２内歯車６を回転可能に支持する。

軸支持部３１２の第２平面３１２ｂには、それぞれ凹部が設けられている。この凹部には、軸受３２６が配置されている。この軸受３２６は、軸支持部３１２に固定されており、第２の回転軸３０４を回転可能に支持する。

第１ステータ部３０８及び第２ステータ部３０９は、略円筒状に形成されている。ステータ部３０８の軸方向の一端部は、第１蓋部３１６の第２蓋部３１７に対向する面に接合されている。この第１ステータ部３０８は、第１内歯車５と第２内歯車６との間に配置されている。なお、第１ステータ部３０８は、第１の実施形態の第１磁性歯部８と、環状部材６２から構成されている。

第２ステータ部３０９の軸方向の一端部は、第１蓋部３１６の第２蓋部３１７に対向する面に液密又は気密に接合されている。また、第２ステータ部３０９の他端部は、軸支持部３１２に嵌合され、軸支持部３１２と液密又は気密に接合されている。この第２ステータ部３０９は、第２内歯車６と外歯車７との間に配置されている。

軸支持部３１２、第２ステータ部３０９は、ケース３０２の内部空間を第１収納室３１８と、第２収納室３１９に区画する。これら第１収納室３１８と第２収納室３１９は、互いに液密又は気密に遮断されている。

第１収納室３１８は、軸支持部３１２、第２ステータ部３０９及び第１蓋部３１６に囲まれた空間であり、第２収納室３１９は、軸支持部３１２、第２ステータ部３０９、外装筒３１４、第１蓋部３１６及び第２蓋部３１７に囲まれた空間である。第１収納室３１８には第１内歯車５、第２内歯車６が配置され、第２収納室３１９には外歯車３０７が配置されている。そして、第１収納室３１８に配置された第２内歯車６と、第２収納室３１９に配置された外歯車３０７との間には、第２ステータ部３０９が介在されている。

ケース３０２の外装筒３１４、第１蓋部３１６、第２蓋部３１７及び軸支持部３１２は、防錆および磁束漏れを防止のため、腐食に強い非磁性材料によって形成することが望ましい。これら外装筒３１４、第１蓋部３１６、第２蓋部３１７及び軸支持部３１２の材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、アルミニウム、銅等の金属、又は合成樹脂を挙げることができる。

［第２の回転軸］
次に、第２の回転軸３０４について説明する。
第２の回転軸３０４は、防錆および磁束漏れを防止のため、ケース３０２の外装筒３１４等と同様に、腐食に強い非磁性材料から形成することが望ましい。図１４に示すように、第１の回転軸３の軸心及び第２の回転軸３０４の軸心は、第１蓋部３１６と第２蓋部３１７が対向する方向と平行であって、互いに一致している。

第２の回転軸３０４は、第１軸部３０４ａと、第１軸部３０４ａの先端に設けられた円板部３０４ｂと、円板部３０４ｂの第１軸部３０４ａと反対側に設けられた第２軸部３０４ｃから構成されている。第１軸部３０４ａは、第２蓋部３１７を貫通しており、軸受３２３によって第２蓋部３１７に回転可能に取り付けられている。この第１軸部３０４ａには、第２の回転軸３０４に連結する部材が挿入される嵌合穴３０４ｄが形成されている。

第２の回転軸３０４の円板部３０４ｂには、外歯車３０７が連結されており、第２の回転軸３０４と外歯車３０７とが同軸に配設されている。また、第２軸部３０４ｃの軸心は、第１軸部３０４ａの軸心と一致している。この第２軸部３０４ｃは、軸受３２６によって軸支持部３１２に回転可能に取り付けられている。

軸受３２１，３２２，３２３，３２４，３２５及び３２６は、それぞれ転動体３２１ａ，３２２ａ，３２３ａ，３２４ａ，３２５ａ及び３２６ａを有する転がり軸受（ボールベアリング）である。第１の回転軸３を回転可能に支持する軸受３２２，３２４と、第２内歯車１０６を回転可能に支持する軸受３２１，３２５は、潤滑剤を用いた金属製の軸受を適用することが好ましい。この金属製の軸受は、第１の回転軸３の高速回転に耐える強度を有する。

一方、第２の回転軸３０４を回転可能に支持する軸受３２３，３２６は、潤滑剤を使用しない樹脂製やセラミック製の軸受を適用することが好ましい。これにより、オイルミストの発生を防止して、第２の回転軸３０４及び外歯車３０７が配置される第２収納室３１９と、第２収納室３１９に連通する領域を清潔な空間にすることができる。

［外歯車］
外歯車３０７は、第２の回転軸３０４の円板部３０４ｂに固定された外側筒３３１と、外側筒３３１の内周部に取り付けられた複数の第４磁石片１５２から構成されている。

外側筒３３１は、円形の筒孔３３１ａを有している。この外側筒３３１は、例えば、電磁鋼板、電磁軟鉄などの磁性材料からなる複数の板状部材を積層することにより形成されている。なお、磁性材料からなる複数の板状部材は、カシメ、溶接、接着剤などの固着方法により固着されて一体に形成されている。

このように、磁性材料からなる複数の板状部材を積層して外側筒３３１を形成すると、重なり合う板状部材間の微細な間隙が抵抗になり、外側筒３３１の軸方向に流れる渦電流を遮断することができる。そのため、外側筒３３１は、磁性材料からなる複数の板状部材を積層して形成することが好ましい。なお、渦電流の遮断をより確実にするために、重なり合う板状部材間に電流絶縁材あるいは電流絶縁塗膜を介在させてもよい。

複数の第４磁石片５２は、第１の実施形態の磁気歯車装置１に適用したものと同じであり、磁化された方向が互いに反対である複数の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂから構成されている。

［第２ステータ部］
次に、第２ステータ部３０９について図１６〜図１８を参照して説明する。
図１６は、第２ステータ部３０９の斜視図である。図１７は、図１６に示すＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図１８は、図１６に示すＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

図１６及び図１７に示すように、第２ステータ部３０９は、円筒状に形成されている。この第２ステータ部３０９は、円筒体であるステータ本体３５１と、このステータ本体３５１の軸方向の一端部に連続する蓋側接合部３５２と、ステータ本体３５１の軸方向の他端部に連続する支持部側接合部３５３とを備えている。

ステータ本体３５１は、第２内歯車６の第３磁石片４３Ａ，４３Ｂと外歯車７の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂとの間に配置される。（図１４参照）。このステータ本体３５１は、第１の回転軸３の周方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の第２磁性歯部３５５と、複数の第２磁性歯部３５５の間を埋めた補強部３５６と、第２磁性歯部３５５の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂに対向する面を覆う被覆部３５７とを有している。

複数の第２磁性歯部３５５は、ステータ本体３５１の軸方向に延びる略棒状に形成されている。つまり、複数の第２磁性歯部３５５は、第１の回転軸３及び第２の回転軸３０４と平行な方向に延びる棒状に形成されている。そして、各第２磁性歯部３５５は、ステータ本体３５１の軸方向（第１の回転軸３及び第２の回転軸３０４と平行な方向）に複数の磁性片３６３を積層することにより形成されている。この磁性片３６３の材料としては、例えば、電磁鋼板を挙げることができる。

図１８に示すように、各第２磁性歯部３５５は、隣り合う第２磁性歯部３５５に対向する面に凹部３５９を有している。この凹部３５９は、第２磁性歯部３５５の長手方向（ステータ本体５１の軸方向）に延びる溝状に形成されている。

補強部３５６及び被覆部３５７は、非磁性材料によって一体に形成されている。本実施の形態では、複数の磁性片３６３を積層することで第２磁性歯部３５５を形成しているため、複数の磁性片３６３間には、僅かな間隙が形成されている。そこで、第２磁性歯部３５５の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂ（図１参照）に対向する面を被覆部３５７で覆うことにより、ステータ本体３５１の内側の空間と外側の空間を遮断する。その結果、第１収納室３１８と第２収納室３１９（図１参照）は、互いに液密又は気密に区画される。

なお、第２磁性歯部３５５の第２内歯車６（第３磁石片４３Ａ，４３Ｂ）に対向する面は、非磁性材料によって覆われずに露出されている。しかし、本発明に係るステータ部としては、磁性歯部の第２内歯車６に対向する面を非磁性材料によって覆ってもよい。

本実施の形態では、第２磁性歯部３５５に凹部３５９を形成している。そのため、第２磁性歯部３５５が第２ステータ部３０９の径方向にずれて補強部３５６から外れないようにすることができる。

図１７に示すように、蓋側接合部３５２は、ステータ本体３５１と同軸の円筒状に形成されている。蓋側接合部３５２の外径及び内径は、ステータ本体３５１の外径及び内径と略等しく設定されている。この蓋側接合部３５２は、第１蓋部３１６と液密又は気密に接合されている（図１参照）。

支持部側接合部３５３は、蓋側接合部３５２と同様に、ステータ本体３５１と同軸の円筒状に形成されている。支持部側接合部３５３の外径及び内径は、ステータ本体３５１の外径及び内径と略等しく設定されている。この支持部側接合部３５３は、軸支持部３１２と液密又は気密に接合されている（図１参照）。

本実施の形態では、蓋側接合部３５２を第１蓋部３１６に接着剤を用いて接合し、支持部側接合部３５３を軸支持部３１２と一体成形している。なお、支持部側接合部３５３は、接着剤を用いて軸支持部３１２に接合してもよい。また、蓋側接合部３５２を第１蓋部３１６と一体成形してもよい。

また、蓋側接合部３５２と第１蓋部３１６の接合及び支持部側接合部３５３と軸支持部３１２の接合は、接着剤を用いることに限定されず、両者を液密又は気密に接合するその他の方法を用いてもよい。その他の方法としては、例えば、一方に雄ねじ部を設け、他方に雌ねじ部を設けて両者をねじ結合する方法や、両者をテーパ嵌合させる方法を挙げることができる。

蓋側接合部３５２及び支持部側接合部３５３は、ステータ本体３５１の補強部３５６及び被覆部３５７と同様に非磁性材料によって形成されており、補強部３５６及び被覆部３５７と共に第２磁性歯部３５５を固定する。これら蓋側接合部３５２、支持部側接合部３５３、補強部３５６及び被覆部３５７の材料としては、合成樹脂が好ましい。これにより、第２ステータ部３０９を樹脂と金属の一体成形で簡単に製造することができる。

４．発電装置の第２の実施形態の動作
本実施の形態の磁気歯車装置３１０では、第１の回転軸３の回転が第１内歯車５から第２内歯車６に非接触で伝達される。このとき、第２内歯車６の回転速度は、第１の回転軸３（第１内歯車５）の回転速度に対して減速される。また、第２内歯車６の回転は、外歯車３０７に非接触で伝達され、外歯車３０７が固定された第２の回転軸３０４が回転する。このとき、第２の回転軸３０４の回転速度は、第２内歯車６に対して減速される。これにより、１組の歯車ユニット（例えば、ハイスピードロータとロースピードロータ）を備える磁気歯車装置よりも、減速比を大きくすることができる。

また、本実施の形態の磁気歯車装置３１０では、第１内歯車５、第２内歯車６が配置される第１収納室３１８と、外歯車３０７が配置される第２収納室３１９とを遮断して区画するケース３０２を備えている。第１の回転軸３は、第１内歯車５の内側筒４１に接続され、第２の回転軸３０４は、外歯車３０７の外側筒３３１に接続されている。そして、第２内歯車６の第３磁石片４３Ａ，４３Ｂと外歯車３０７の第４磁石片５２Ａ，５２Ｂは、ケース３０２の第２ステータ部３０９を介して対向している。

これにより、第１内歯車５，第２内歯車６及び第１の回転軸３が配置される側（例えば、入力側）と、外歯車３０７及び第２の回転軸３０４が配置される側（例えば、出力側）との間で気体や液体が出入りすることを防止することができる。したがって、環状パッキンを回転軸３，３０４に取り付けて入力側と出力側との間をシールする必要が無い。これにより、第１及び第２の回転軸３，３０４の回転損失を小さくすることができ、機械効率を向上させることができる。そして、外歯車３０７、第１内歯車１０５及び第２内歯車１０６は非接触で回転を伝達するため、磨耗することが無い。したがって、磁気歯車装置３１０は、半永久的にメンテナンスを必要としない。

また、第１収納室３１８と第２収納室３１９とを遮断するケース３０２は、固定される部材である（回転する部分では無い）ため、第１収納室３１８と第２収納室３１９との間の気密性或いは液密性を容易に高めることができる。

５．変形例
以上、本発明の磁気歯車装置の実施の形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の磁気歯車装置は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述の第１及び第２の実施形態では、第１内側筒３１の周方向に沿って１つ置きに配置された３つの第１磁石片３２を１組とした。そして、各組の第１磁石片３２における中央部を第１の回転軸３の径方向において所定の第１磁性歯部８の中央部に順番に一致させる構成とした。しかしながら、本発明の磁気歯車装置としては、第１磁石片の中央部を１つずつ順番に第１磁性歯部８の中央部に一致させる構成であってもよい。また、２つの第１磁石片を１組としてもよく、４つ以上の第１磁石片を１組としてもよい。

また、上述の第１及び第２の実施形態では、第２内側筒４１の周方向に沿って１つ置きに配置された３つの第３磁石片４３を１組とした。そして、各組の第３磁石片４３における中央部を第１の回転軸３の径方向において所定の第４磁石片５２の中央部に順番に一致させる構成とした。しかしながら、本発明の磁気歯車装置としては、第３磁石片の中央部を１つずつ順番に第４磁石片５２の中央部に一致させる構成であってもよい。また、２つの第３磁石片を１組としてもよく、４つ以上の第３磁石片を１組としてもよい。

また、上述の第１の実施形態では、磁性片６１を第１の回転軸３の軸方向に積層して第１磁性歯部８を形成し、磁性片６５を第１の回転軸３の軸方向に積層して第２磁性歯部９を形成した。また、第２の実施形態では、磁性片３６３を第１の回転軸３の軸方向に積層して第２磁性歯部３５５を形成した。しかしながら、本発明に係る第１磁性歯部及び第２磁性歯部は、磁性片を積層して形成することに限定されるものではなく、１つの棒状部材から形成してもよい。

また、上述の第１及び第２の実施形態では、第１内側筒３１、第２内側筒４１及び外側筒５１，３３１を円筒状に形成した。しかしながら、本発明に係る外側筒は、第２内歯車が配置される円形の筒孔を有していればよく、外径は三角形や四角形などの多角形にしてもよい。また、本発明に係る第１内側筒は、円形の外周部を有していればよく、筒孔は三角形や四角形などの多角形であってもよい。

また、上述の第１及び第２の実施形態では、第１磁石片３２、第２磁石片４２、第３磁石片４３及び第４磁石片５２をそれぞれ配置される筒の周方向に並べる構成とした。しかし、本発明に係る磁石片としては、磁束が集中する磁束収束部を有するものであってもよい。このような構成にすることにより、各歯車間に生じる磁気吸引力を増大させることができる。その結果、大きな伝達トルクを得ることができ、かつ、伝達効率を向上させることができる。

また、上述の第１の実施形態では、第１内歯車５と、第２内歯車６と、外歯車７を備える構成とした。しかしながら、本発明の磁気歯車装置としては、複数の磁石片が取り付けられた４つ以上の歯車を第１の回転軸の径方向に重ね合わせる構成にしてもよい。

つまり、本発明の磁気歯車装置は、第１の回転軸と、内歯車と、複数の中間歯車と、外歯車と、内側磁性歯部と、中間磁性歯部と、外側磁性歯部と、第２の回転軸とを備えていてもよい。
内歯車は、第１の回転軸に同軸に連結された内側筒と、内側筒の外周部に取り付けられた複数の磁石片とを有する。
複数の中間歯車は、内歯車が配置される筒孔を有する中間筒と、中間筒の内周部に取り付けられた複数の磁石片と、中間筒の外周部に取り付けられた複数の磁石片とを有し、第１の回転軸の径方向に間隙をあけて重ね合わされる。
外歯車は、複数の中間歯車が配置される筒孔を有する外側筒と、外側筒の内周部に取り付けられた複数の磁石片とを有する。
複数の内側磁性歯部は、内歯車と、複数の中間歯車のうちの最内周の中間歯車との間に配置される。
複数の中間磁性歯部は、複数の中間歯車間に配置される。
複数の外側磁性歯部は、複数の中間歯車のうちの最外周の中間歯車と、外歯車との間に配置される。
第２の回転軸には、複数の外側磁性歯部が固定される。

１…磁気歯車装置、 ２…ケース、 ３…第１の回転軸、 ４…第２の回転軸、 ５…第１内歯車、 ６…第２内歯車、 ７…外歯車、 ８…第１磁性歯部、 ９…第２磁性歯部、 １４…外装筒、 １５…第１蓋部、 １６…第２蓋部、 ３１…第１内側筒、 ３１ａ…筒孔、 ３２Ａ，３２Ｂ…第１磁石片、 ４１…第２内側筒、 ４１ａ…筒孔、 ４２Ａ，４２Ｂ…第２磁石片、 ４３Ａ，４３Ｂ…第３磁石片、 ５１…外側筒、 ５１ａ…筒孔、 ５２Ａ，５２Ｂ…第４磁石片、 ６１，６５…磁性片、 ６２，６６…環状部材、 ６７…ブラケット

Claims (4)

1. 第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸に同軸に連結された第１内側筒と、前記第１内側筒の外周部に取り付けられた複数の第１磁石片とを有する第１内歯車と、
   前記第１内歯車が配置される筒孔を有する第２内側筒と、前記第２内側筒の内周部に取り付けられた複数の第２磁石片と、前記第２内側筒の外周部に取り付けられた複数の第３磁石片とを有する第２内歯車と、
   前記第２内歯車が配置される筒孔を有する外側筒と、前記外側筒の内周部に取り付けられた複数の第４磁石片とを有する外歯車と、
   前記複数の第１磁石片と前記複数の第２磁石片との間に配置される複数の第１磁性歯部と、
   前記複数の第３磁石片と前記複数の第４磁石片との間に配置される複数の第２磁性歯部と、
   前記複数の第２磁性歯部又は前記外歯車が固定された第２の回転軸と、
   を備える磁気歯車装置。
2. 前記外歯車が固定される内周部を有する外装筒と、
   前記外装筒の一方の開口を覆う第１蓋部と、
   前記外装筒の他方の開口を覆う第２蓋部と、を備え、
   前記第１の回転軸及び前記第２内歯車は、前記第１蓋部及び前記第２の回転軸に回転可能に支持され、
   前記複数の第２磁性歯部は、前記第２の回転軸に固定され、
   前記第２の回転軸は、前記第２蓋部に回転可能に支持され、
   前記第１磁性歯部は、前記第１蓋部に固定される
   請求項１に記載の磁気歯車装置。
3. 前記複数の第２磁石片は、前記複数の第１磁石片よりも多く、
   前記複数の第４磁石片は、前記複数の第３磁石片よりも多い
   請求項１又は２に記載の磁気歯車装置。
4. 第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸に同軸に連結された内側筒と、前記内側筒の外周部に取り付けられた複数の磁石片とを有する内歯車と、
   前記内歯車が配置される筒孔を有する中間筒と、前記中間筒の内周部に取り付けられた複数の磁石片と、前記中間筒の外周部に取り付けられた複数の磁石片とを有し、前記第１の回転軸の径方向に間隙をあけて重ね合わされる複数の中間歯車と、
   前記複数の中間歯車が配置される筒孔を有する外側筒と、前記外側筒の内周部に取り付けられた複数の磁石片とを有する外歯車と、
   前記内歯車と、前記複数の中間歯車のうちの最内周の中間歯車との間に配置される複数の内側磁性歯部と、
   前記複数の中間歯車間に配置される複数の中間磁性歯部と、
   前記複数の中間歯車のうちの最外周の中間歯車と、前記外歯車との間に配置される複数の外側磁性歯部と、
   前記複数の外側磁性歯部又は前記外歯車が固定された第２の回転軸と、
   を備える磁気歯車装置。

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