JP2016533706A - 磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギア及びポールピースがローターの外側に備えられるマグネチックギア - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マグネチックギアに関する。【解決手段】本発明は、ローターの間に位置するポールピースの形態を改善して空隙に磁束を集中させることにより、伝達トルクを向上させることができ、トルクリップルを低減することができる磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギア及び回転軸上で離隔されて位置するローターの外側にポールピースを備えることにより、空隙の数を減らし構造を簡素化することができ、回転軸を支持するベアリングの数を減らし摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるマグネチックギアを提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、マグネチックギアに関し、より具体的には、ローターの間に位置するポールピースの形態を改善して空隙に磁束を集中させることにより、伝達トルクを向上させることができ、トルクリップルを低減できる磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギア及び回転軸上で離隔されて位置するローターの外側にポールピースを備えることにより、空隙の数を減らし構造を簡素化することができ、回転軸を支持するベアリングの数を減らし摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるマグネチックギアに関する。

マグネチックギアは、磁力を用いて非接触式で動力を伝達する非接触式ギア装置であって、物理的な接触によって動力を伝達するギアに比べてノイズ及び振動が少なく、潤滑油の注入や保守点検が不要であり、機械的な摩擦がなく、安定性と耐久性が高く、近年研究が活発している。

なお、マグネチックギアは、エネルギーの損失を低減することができるので、高効率の駆動が可能であり、信頼性及び正確なピークトルクの伝達が可能である。

なお、近年、風力タービン、電気自動車、トランスミッションなど様々な分野にマグネチックギアを適用しようとしている。

図１は、一般的なマグネチックギアを示し、図２は、一般的なマグネチックギアの垂直断面を示す。

図１及び図２を参照すると、従来のマグネチックギア１０は、大きく分けて内側ローター１１、外側ローター１２、内側ローター１１と外側ローター１２との間にローター１１、１２と離隔されて位置するポールピースモジュール１３を含んで構成される。

なお、前記内側ローター１１は、内側回転子１１ｂと内側ローター１１ｂの外部に回転軸を中心に放射状に取り付けられる磁石１１ａを含み、前記外側ローター１２は、外側回転子１２ａと外側回転子１２ａの内部に回転軸を中心に放射状に取り付けられる磁石１２ｂを含み、前記ポールピースモジュール１３は、回転軸に対して放射状に等間隔で離隔された複数のポールピース１３ａを含む。

なお、前記内側ローター１１と前記外側ローター１２の磁石には、それぞれ互いに反対方向（回転軸を向けた方向と回転軸の反対方向に向けた方向）に磁力を持つ磁石が交互に位置し、互いに反対方向の磁力を持つ２つの磁石は双極子（ｄｉｐｏｌｅ）をなす。

なお、前記ポールピースモジュール１３が固定されている場合、前記内側ローター１１と前記外側ローター１２は、互いに反対方向に回転し、どのローターが入力軸になるかによって減速機又は加速器として用いられる。

なお、前記外側ローター１２は低速で回転し、前記内側ローター１１は高速で回転し、前記外側ローター１２の双極子の数と前記内側ローター１１の双極子の数は、下記の数１のようにポールピース１３ａの個数を決定する。

ここで、Ｎｓはポールピース１３ａの個数、ｐ１は外側ローター１２の双極子の数、ｐ２は内側ローター１１の双極子の数を意味する。

なお、図２を例とすると、外側ローター１２の磁石の極数が４２極であって双極子の数が２１極であり、内側ローター１１の磁石の極数が４極であって双極子の数が２極であるので、ポールピース１３ａの個数は、各ローターの双極子の数の２１極と２極を足した２３個となる。

なお、マグネチックギア１０のギア比は、下記の数２のようにローターの双極子数の比により決定される。

なお、マグネチックギア１０のローターの速度比は、下記の数３の通りである。

なお、従来のマグネチックギア１のポールピース１３ａの垂直断面は、中心角が互いに同一であり、直径が異なる外側弧１３ａａと内側弧１３ａｂ、そして外側弧１３ａａと内側弧１３ａｂの各一端を連結する直線１３ａｃ及び各他端を連結する直線１３ａｄで囲まれた図形の形状を有する。

しかしながら、従来のマグネチックギア１０は、このようなポールピース１３ａの形態的な限界により、外側ローター１２とポールピースモジュール１３間、内側ローター１１とポールピースモジュール１３間の空隙に磁束を集中させることができなく、トルク伝達が低く、トルクリップルが大きいという問題点がある。

なお、図３は、従来のマグネチックギア１０の回転軸方向の垂直断面を示す図であり、従来のマグネチックギア１０は、前記内側ローター１１、前記外側ローター１２、前記ポールピースモジュール１３以外に、ハウジング１４、ポールピースモジュール支持部材１５、内側ローター支持部材１６及び外側ローター支持部材１７をさらに含んで構成される。

なお、前記ハウジング１４は、外部形態を規定し、前記ポールピースモジュール支持部材１５は、前記ポールピースモジュール１３を前記ハウジング１４の内部で前記ハウジング１４と離隔されるように支持する。

なお、前記内側ローター支持部材１６は、前記内側ローター１１を前記ポールピースモジュール支持部材１５の内側に前記ポールピースモジュール支持部材１５と離隔して支持し、前記ハウジング１４の一側に露出された入力軸１１ｃを有する。

なお、前記外側ローター支持部材１７は、前記外側ローター１２を前記ハウジング１４と前記ポールピースモジュール１３との間で前記ハウジング１４及び前記ポールピースモジュール１３とそれぞれ離隔して支持し、前記ハウジング１４の他側に露出された出力軸１２ｃを有する。

なお、固定された部材と回転する部材との間には、ベアリング１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂが備えられる。詳しくは、前記ベアリング１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂは、例えば、回転する部材の回転軸に垂直に作用する荷重を支持するラジアルベアリング（ｒａｄｉａｌ ｂｅａｒｉｎｇ）である。

なお、前記ベアリング１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂは、前記ハウジング１４に前記出力軸１２ｃを支持する第１外側ローター支持ベアリング１４ａ、前記ポールピースモジュール支持部材１５に前記外側ローター支持部材１７を支持する第２外側ローター支持ベアリング１５ａ、前記ポールピースモジュール支持部材１５に前記入力軸１１ｃを支持する第１内側ローター支持ベアリング１６ａ、前記外側ローター支持部材１７に前記内側ローター１１を支持する第２内側ローター支持ベアリング１６ｂを含む。

すなわち、従来のマグネチックギア１０は、４つのベアリング１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂを含んで構成されるので、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率が低くなるという問題点がある。

なお、前記ローター１１、１２が、前記ハウジング１４の内部で回転するためには前記ハウジング１４と前記内側ローターとの間に第１空隙ａ１、前記外側ローター１２と前記ポールピースモジュール１３との間に第２空隙ａ２、前記ポールピースモジュール１３と前記内側ローター１１との間に第３空隙ａ３が必ず存在しなければならないので、構造が非常に複雑になるという問題点がある。

韓国公開特許第１０−２０１３−００４２５６４号公報（磁気ギア装置及び保持部材） 韓国公開特許第１０−２０１４−００１３０８７号公報（磁気ギア装置）

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ポールピースの形状を最適化して空隙に磁束を集中させることにより、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くして動力伝達率と信頼性を向上させることができる磁束集中型ポールピースを有するマグネチックギアを提供する。

なお、本発明の目的は、空隙の数を減らすことができ、構造が簡単なマグネチックギアを提供することにある。

なお、本発明の目的は、ベアリングの数を減らすことができ、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるマグネチックギアを提供することにある。

なお、本発明の目的は、ポールピースの形状を最適化して空隙に磁束を集中させることにより、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くして動力伝達率と信頼性を向上させることができるマグネチックギアを提供することにある。

なお、本発明のマグネチックギアによると、ポールピースモジュールがハウジングの役割を兼ねるため、ポールピースモジュールの内部に１つの空隙だけでもローターを回転させることができ、構造が非常に簡単であるという利点がある。

なお、本発明のマグネチックギアによると、３つのベアリングだけでローターを非接触式で回転させることができるので、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を最小化することができるという利点がある。

なお、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギアによると、２つのマグネチックギアを直結して小さな体積でも大きなトルク比を提供することができる効果がある。

本発明の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及していないまた他の目的は下記の記載から当業者が明確に理解することができるであろう。

前記の目的を達成するために、本発明は、内側ローター（ｉｎｎｅｒ ｒｏｔｏｒ）、前記内側ローターと離隔されて備えられる外側ローター（ｏｕｔｅｒ ｒｏｔｏｒ）及び前記内側ローターと前記外側ロータとの間に位置し、前記内側ローターから前記外側ローターに、又は前記外側ローターから前記内側ローターに磁束を伝達する互いに離隔された複数のポールピース（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）が備えられるポールピースモジュールを含むマグネチックギアであって、前記各ポールピースの断面は、第１弧（ａｒｃ）、前記第１弧と中心の位置及び中心角は同一であり、内径は前記第１弧の内径よりも小さい第２弧及び前記第１弧と前記第２弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第１図形と、前記第２弧と中心の位置及び内径は同一であり中心角は前記第２弧の中心角よりも大きい第３弧、第３弧と中心の位置と中心角は同一であり内径は前記第３弧の内径よりも小さい第４弧、及び第３弧と前記第４弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第２図形と、が結合した形状を有するが、前記第２弧の２等分位置と前記第３弧の２等分位置は互いに重なるように結合した形状を有することを特徴とするマグネチックギアを提供する。

望ましい実施例において、前記第４弧と前記第３弧の垂直距離（以下、「第１垂直距離」とする。）は、下記の数４のように、前記第４弧と前記第１弧の垂直距離（以下、「第２垂直距離」とする。）の１３．５％よりは大きく、２３．５％よりは小さい。

ここで、αは前記第１垂直距離であり、Ｌｐｒは前記第２垂直距離である。

望ましい実施例において、前記第４弧の中心角は、下記の数５のように、１つのポールピースを間に置いた２つのポールピースの第１弧を連結する仮想弧の重心角（以下、「基準角」とする。）の４０％よりは大きく、５０％よりは小さい。

ここで、βは前記第４弧の中心角であり、Ｎｐは前記ポールピースの個数である。
望ましい実施例において、前記第１図形で前記第１弧及び第２弧を連結する線は、前記第１図形の中心部に向かって凹んだ曲線（以下、「凹曲線」とする。）である。

望ましい実施例において、前記凹曲線の両端を連結する仮想線分（以下、「第１仮想線分」とする。）の２等分位置から垂直方向に前記凹曲線までの長さ（以下、「凹長さ」とする。）は、前記凹曲線の前記第１弧側の一端から前記第４弧に垂直方向に連結される仮想線分（以下、「第２仮想線分」とする。）の２等分位置から垂直方向に前記第１弧の２等分位置と前記第４弧の２等分位置を連結する仮想線分（以下、「第３仮想線分」とする。）までの長さの３０％よりは大きく、４０％よりは小さい。

望ましい実施例において、前記凹長さは、下記の数６によって計算される。

ここで、Ｄｐｉは前記第４弧の内径であり、Ｄｐｏは前記第１弧の内径であり、Ｎｐはポールピースの個数である。

なお、本発明は、前記マグネチックギアを少なくとも２つ含み、前記マグネチックギアのうち、第１マグネチックギアの出力側ローターは、第２マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギアをさらに提供する。

なお、本発明は、前記マグネチックギアと、前記マグネチックギアの内側ローターの外側に離隔されて備えられ、複数のポールピースを有する少なくとも１つの内部ポールピースモジュールと、前記内部ポールピースモジュールと前記マグネチックギアのポールピースモジュールとの間に備えられる少なくとも１つの中間ローターと、を含むことを特徴とするマルチレイヤータイプのマグネチックギアをさらに提供する。

なお、本発明は、入力側ローターと、前記入力側ローターの回転軸の延長上に前記入力側ローターと離隔されて備えられる出力側ローターと、前記入力側ローター及び前記出力側ローターの外側で前記入力側ローター及び前記出力側ローターを囲み、回転軸に放射状に位置する複数のポールピースを有し、前記入力側ローターの磁力を前記出力側ローターに伝達するポールピースモジュールと、を含み、前記入力側ローター及び前記出力側ローターは、前記ポールピースモジュールの内側に共に位置し、前記ポールピースモジュールとは互いに離隔されて位置することを特徴とするマグネチックギアをさらに提供する。

望ましい実施例において、前記ポールピースモジュールは、前記ポールピースが回転軸に対して放射状を維持するように支持するポールピースモジュール支持部材を含み、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の一側内部に固定され、内輪は前記入力側ローターの入力軸に固定され、前記入力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする入力軸支持ベアリングと、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の他側内部に固定され、内輪は前記出力側ローターの出力軸に固定され、前記出力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする出力軸支持ベアリングと、前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が回転軸上で支持されるように、前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が互いに摺動しながら回転させるローター連結ベアリングと、をさらに含む。

なお、本発明は、前記マグネチックギアを少なくとも２つ含み、前記マグネチックギアのうち、第１マグネチックギアの出力側ローターは、第２マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギアをさらに提供する。

本発明は、次のような優れた効果を有する。

本発明のマグネチックギアによると、ポールピースの断面形状に関する変数α、β、γを限定して空隙に磁束を集中させることができ、トルク伝達を向上させ、トルクリップルは低くすることにより、動力伝達率と信頼性を向上させることができる効果がある。

なお、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギアによると、２つのマグネチックギアを直結して小さな体積でも大きなトルク比を提供することができる効果がある。

なお、本発明のマルチレイヤータイプのマグネチックギアによると、外側ローターと内側ローターとの間に中間ローターを挿入して少ない個数の磁石を用いて大きなトルク比を提供することができる効果がある。

一般的なマグネチックギアを示す図である。 一般的なマグネチックギアの垂直断面を示す図である。 一般的なマグネチックギアの回転軸方向の垂直断面を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアを説明するための図である。 本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を説明するための図である。 本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を決定する変数を説明するための図である。 本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を決定する変数を説明するための図である。 本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を決定する変数を説明するための図である。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの磁束線図を示す図である。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの内側空隙の磁束密度を比較するためのグラフである。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの外側空隙の磁束密度を比較するためのグラフである。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの内側ローターのトルクを比較するためのグラフである。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの外側ローターのトルクを比較するためのグラフである。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの正常状態での内側ローターのトルクを比較するためのグラフである。 従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの正常状態での外側ローターのトルクを比較するためのグラフである。 本発明の第２の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。 本発明の第３の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアを説明するための図である。 本発明の第３の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアの断面を示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマグネチックギアを示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマグネチックギアの垂直断面を示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマグネチックギアの回転軸方向の垂直断面を示す図である。 本発明の第４の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの一例を示す図である。 本発明の第５の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。

（第１の実施例）
本発明で使用された用語は現在広く使われている一般的なものを選択したが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあるので、この場合には、単純な用語の名称でない発明の詳細な説明部分に記載された意味を考慮して、その意味が把握されなければならない。

以下、添付の図面及び実施例らを参照して本発明の技術的構成を詳細に説明する。

しかしながら、本発明は、これらの実施例に限定されず、他の形態で具体化することもできる。

図４を参照すると、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００は、外側ローター１１０、前記外側ローター１１０の内側に前記外側ローター１１０と離隔されて備えられる内側ローター１２０及び前記外側ローター１１０と前記内側ローター１２０との間に、前記外側ローター１１０と前記内側ローター１２０にそれぞれ離隔されて備えられるポールピースモジュール１３０を含んでなる。

なお、前記ポールピースモジュール１３０が固定されている場合、前記外側ローター１１０と前記内側ローター１２０は、互いに異なる方向に回転し、前記外側ローター１１０から前記内側ローター１２０に、又は前記内側ローター１２０から前記外側ローター１１０に回転力を伝達する。

しかしながら、前記外側ローター１１０と前記内側ローター１２０のうち、いずれかのローターが固定される場合、前記ポールピースモジュール１３０と固定されていないもう１つのローターが回転しながら動力を伝達することができる。

この場合、前記ポールピースモジュール１３０と回転するローターの回転方向は同一である。

なお、図４では、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００は、例えば円筒回転型のマグネチックギアであるが、円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型で製作が可能である（例えば、特許文献１の円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型の形態を参照することができる。）。

なお、前記外側ローター１１０は、外側回転子１１１と前記外側回転子１１１の内側に双極子を成し付着される複数の磁石１１２を含み、前記内側ローター１２０は、内側回転子１２１と前記内側回転子１２１の外側に双極子を成し付着される複数の磁石１２２を含んでなる。

なお、前記ポールピースモジュール１３０は、回転軸ｃに対して放射状に互いに離隔された複数のポールピース１３１を含んでなる。

なお、前記ポールピース１３１は、磁極片とも言い、磁性体として前記外側ローター１１０から前記内側ローター１２０に、又は前記内側ローター１２０から前記外側ローター１１０に磁束を伝達する役割をする。

なお、前記ポールピース１３１は、ポールピース１３１間及びポールピース１３１と前記ローター１１０、１２０の磁石間を互いに離隔されるように維持する支持部材によって固定される。

なお、前記ポールピース１３１の個数は、上述した数４によって決定され、ギア比は、上述した数５の通りである。

なお、前記ポールピース１３１と前記外側ローター１１０の磁石１１２間には外側空隙ａ１（ｏｕｔｅｒ ａｉｒｇａｐ）が存在し、前記ポールピース１３１と前記内側ローター１２０の磁石１２２との間には内側空隙ａ２（ｉｎｎｅｒ ａｉｒｇａｐ）が存在する。

なお、このような空隙ａ１、ａ２は、磁気回路において抵抗の役割をするものであって、磁束が集中される。

以下では、図５を参照して前記ポールピース１３１の形状を詳細に説明する。

図５を参照すると、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００のポールピース１３１は、回転軸ｃと平行なバー形状であり、その垂直断面は第１図形１３１ａと第２図形１３１ｂが平面上で結合した形状を有する。

なお、前記第１図形１３１ａは、曲線の第１弧（ａｒｃ）１３１ａａ、前記第１弧１３１ａａと中心ｃの位置及び中心角θ１は同一であり、内径ｄ２が前記第１弧１３１ａａの内径ｄ１よりも小さい第２弧１３１ａｂ、前記第１弧１３１ａａと前記第２弧１３１ａｂの各一端を連結する線１３１ａｃ及び前記第１弧１３１ａａと前記第２弧１３１ａｂの各他端を連結する線１３１ａｄで囲まれた平面図形である。つまり、前記第２弧１３１ａｂの内径半径（ｄ２／２）は、前記第１弧１３１ａａの内径半径（ｄ１／２）よりも小さく、曲率は互いに同一であり、中心ｃの位置は回転軸ｃの位置と互いに一致する。

なお、前記第１弧１３１ａａと前記第２弧１３１ａｂを連結する線１３１ａｃ、１３１ａｄは、前記第１図形１３１ａの中心部に向かって凹んだ曲線（以下、「凹曲線」とする。）であることが望ましい。

なお、前記第２図形１３１ｂは、前記第２弧１３１ａｂと中心ｃの位置及び内径ｄ２は同一であり、中心角θ２は前記第２弧１３１ａｂの中心角θ１よりも大きい第３弧１３１ｂａ、前記第３弧１３１ｂａと中心ｃの位置及び中心角θ２の大きさは同一であり、内径ｄ３は前記第３弧１３１ｂａの内径ｄ２よりも小さい第４弧１３１ｂｂ、前記第３弧１３１ｂａと前記第４弧１３１ｂｂの各一端を連結する線１３１ｂｄ及び前記第３弧１３１ｂａと前記第４弧１３１ｂｂの各他端を連結する線１３１ｂｃで囲まれた平面図形である。
つまり、前記第２弧１３１ａｂと前記第３弧１３１ｂａの内径半径ｄ２／２は、互いに同一であり、前記第３弧１３１ｂａの内径半径ｄ２／２は、前記第４弧１３１ｂｂの内径半径ｄ３／２よりも大きい。

なお、前記第３弧１３１ｂａと前記第４弧１３１ｂｂの各端を連結する線１３１ｂｃ、１３１ｂｄは直線であることが望ましい。

なお、前記第１図形１３１ａと前記第２図形１３１ｂは、前記第２弧１３１ａｂの２等分位置ｃ１と前記第３弧１３１ｂａの２等分位置ｃ１が互いに重なるように平面上で結合して前記ポールピース１３１の断面形状をなす。

図６〜図８は、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアのポールピースの形態を決定する変数を説明するためのものであり、前記ポールピース１３１の形態を決定する変数は大きく分けて３つがある。

先ず、図６を参照すると、第１の変数は、前記第３弧１３１ｂａと前記第４弧１３１ｂｂにそれぞれ垂直である直線の距離α（以下「第１垂直距離」とする。）である。
なお、前記第１垂直距離αは、前記第４弧１３１ｂｂと前記第１弧１３１ａａに各それぞれ垂直である直線の距離Ｌｐｒ（以下「第２垂直距離」とする。）の１３．５％よりは大きく、２３．５％よりは小さい。

つまり、前記第１垂直距離αは、数４を満足するように設計される。

次に、図７を参照すると、第２の変数は、前記第４弧１３１ｂｂの中心角βである。
なお、前記第４弧１３１ｂｂの中心角βは、１つのポールピース１３１を間に置いた２つのポールピース１３１’、１３１”の第１弧１３１’ａａ、１３１”ａａの向かい合う端部を連結する仮想弧の重心角β’（以下「基準角」とする。）の４０％よりは大きく、５０％よりは小さい。

つまり、前記第４弧１３１ｂｂの中心角βは、数５のように基準角β’の４０％〜５０％の範囲内の角度で設計される。

ここで、Ｎｐは前記ポールピースの個数である。

以下、図８を参照すると、第３の変数は、いずれかの凹曲線１３１ａｃの両端を連結する仮想線分ｌ１、（以下「第１仮想線分」とする。）の２等分位置ｃ２から垂直方向に前記のいずれかの凹曲線１３１ａｃまでの長さγ（以下「凹長さ」とする。）である。

なお、前記凹部長さγは、前記のいずれかの凹曲線１３１ａｃの前記第１弧１３１ａａ側の一端１３１ａｃ’から前記第４弧１３１ｂｂに垂直に連結される仮想線分ｌ２（以下「第２仮想線分」とする。）の２等分位置ｃ３から垂直方向に前記第１弧１３１ａａの２等分位置ｃ４と前記第４弧１３１ｂｂの２等分位置ｃ５を連結する仮想線分ｌ３（以下「第３仮想線分」とする。）までの長さγ’（以下「基準長さ」とする。）の３０％よりは大きく、４０％よりは小さい。

つまり、前記凹部長さγは、数６のように、前記基準長さγ’の３０％〜４０％の範囲内で設計される。

ここで、Ｄｐｉは前記第４弧１３１ｂｂの内径ｄ３であり、Ｄｐｏは前記第１弧１３１ａａの内径ｄ１であり、Ｎｐは前記ポールピース１３１の個数である。

なお、数６で分母は前記基準長さγ’を意味するものであり、原点ｃを中心にする直角座標系上で前記第１仮想線分ｌ３をｘ軸にして点ｃ５及びｃ４を通る直線と点ｃ３及びｃ６を通る直線の交点のｙ軸座標値を計算するための式である。しかしながら、前記基準長さγ’は様々な方法で計算することができる。

図９は、従来のマグネチックギアと本発明の第１の実施例に係るマグネチックギアの磁束線図を示すものであり、１０＿ｆｌｕｘは、従来のマグネチックギア１０の磁束線図、１００＿ｆｌｕｘは、本発明のマグネチックギア１００の磁束線図を示すものである。

なお、本発明のマグネチックギア１００は、変数αを６ｍｍ、βを０．５ｄｅｇ、γを１．４３ｍｍに決定して設計した。

図９を参照すると、従来のマグネチックギア１０の磁束線図１０＿ｆｌｕｘより、本発明のマグネチックギア１００の磁束線図１００＿ｆｌｕｘの密度がより高いことが分かる。

図１０は、従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の内側空隙ａ２の磁束密度を比較するためのグラフであり、従来のマグネチックギア１０の内側空隙磁束密度（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｉｎｎｅｒ Ａｉｒｇａｐ）は、最大値が１．６Ｔであるが、本発明のマグネチックギア１００の内側空隙磁束密度（Ｏｐｔｉｍａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｉｎｎｅｒ Ａｉｒｇａｐ）は、最大値が１．７８Ｔであって、０．１６Ｔが上昇したことを確認した。

図１１は、従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の外側空隙の磁束密度を比較するためのグラフであり、従来のマグネチックギア１０の外側空隙磁束密度（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｏｕｔｅｒ Ａｉｒｇａｐ）は、最大値が０．７９Ｔであるが、本発明のマグネチックギア１００の外側空隙磁束密度（Ｏｐｔｉｍａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｏｕｔｅｒ Ａｉｒｇａｐ）は、最大値が０．８３Ｔであって、０．０４Ｔが上昇したことを確認した。

図１２は、従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の内側ローターのトルクを比較するためのグラフ（トルク−角度曲線）であり、本発明のマグネチックギア１００の内側ロータートルク（Ｉｎｎｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ＿Ｏｐｔｉｍａｌ Ｍｏｄｅｌ）の最大値が１８．９７Ｎｍであって、従来のマグネチックギア１０の内側ロータートルク（Ｉｎｎｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ＿Ｂａｓｉｃ Ｍｏｄｅｌ）の最大値１８．４７Ｎｍより０．５Ｎｍ増加したことが分かる。

図１３は、従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の外側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明の一実施例に係るマグネチックギア１００の外側ロータートルク（Ｏｕｔｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ＿Ｏｐｔｉｍａｌ Ｍｏｄｅｌ）の最大値が１９６．８１Ｎｍであって、従来のマグネチックギア１０の外側ロータートルク（Ｏｕｔｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ＿Ｂａｓｉｃ Ｍｏｄｅｌ）の最大値１９０．９９Ｎｍより５．８２Ｎｍ増加したことが分かる。

図１４は、定常状態での従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の定常状態での内側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明のマグネチックギア１００のトルク波形は１８．６９３９Ｎｍであって、従来のマグネチックギア１０のトルク波形１８．１６Ｎｍより増加したことが分かり、トルクリップルの場合、３．７５％から０．９０％に低減されてトルクリップルも非常に優れたことを確認した。

図１５は、定常状態での従来のマグネチックギア１０と本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００の外側ローターのトルクを比較するためのグラフであり、本発明のマグネチックギア１００のトルク波形は１９６．０７Ｎｍであって、従来のマグネチックギア１０のトルク波形１９０．５２Ｎｍより増加したことが分かり、トルクリップルの場合、０．０６％から０．１１％に小幅増加したが、内側ローターのトルクリップルを含んだ全体的なトルクリップルは低減したことが分かる。

これは、市販の電動機のリップル率が５％以下であることを勘案すれば非常に小さいリップル率を有していることが分かる。
（第２の実施例）
図１６は、本発明の第２の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。

図１６を参照すると、本発明の第２の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア２００は、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００が複数直結連結された形態である。

なお、図１６では、２つのマグネチックギア１００、１００’が直結されたデュアルタイプのマグネチックギアを示したが、３つ以上のマグネチックギアを直結して構成することができる。

なお、デュアルタイプの場合、第１マグネチックギア１００の出力側１１０ａが第２マグネチックギア１１０’の入力側１３０’ａに連結される。
なお、前記第１マグネチックギア１００から前記第２マグネチックギア１００’に動力が伝達される場合には減速機として、前記第２マグネチックギア１００’から前記第１マグネチックギア１００に動力が伝達される場合には加速器として作動する。

なお、前記第１マグネチックギア１００の内側ローター１３０と外側ローター１１０のギア比が１：１０であり、前記第２マグネチックギア１００’の内側ローター１３０’と外側ローター１１０’のギア比が１：１０である場合、全体ギア比は１：１００となり、トルク比も１：１００となる。

つまり、従来のマグネチックギア１０を１：１００のトルク比を有するように設計しようとする場合、外側ローターの双極子の数が内側ローターの双極子の数より１００倍多くなければならないので、大型化を避けることができないが、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギア２００は、２つのマグネチックギアを用いて小型で且つ高トルク比を実現できるという利点がある。
（第３の実施例）
図１７は、本発明の第３の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアを説明するための図であり、図１８は、本発明の第３の実施例に係るマルチレイヤータイプのマグネチックギアの断面を示す図である。

図１７及び図１８を参照すると、本発明の第３の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア３００は、本発明の第１の実施例に係るマグネチックギア１００に内部ポールピースモジュール３１０及び中間ローター３２０を含んで構成される。
なお、前記内部ポールピースモジュール３１０と前記中間ローター３２０の個数には制限がなく、所望のギア比に応じて設計者が任意の個数で構成することができる。但し、前記内部ポールピースモジュール３１０と前記中間ローター３２０は、一対で互いに個数が同一でなければならない。

なお、前記内部ポールピースモジュール３１０は、前記マグネチックギア１００の内側ローター１２０の外側に離隔されて備えられ、複数の内部ポールピース３１１を有する。

なお、前記内部ポールピース３１１の形態も前記ポールピース１３１の断面と同一に変数α、β、γを限定して設計することができる。

なお、前記中間ローター３２０は、前記内部ポールピースモジュール３１０と前記ポールピースモジュール１３０の間で前記内部ポールピースモジュール３１０及び前記ポールピースモジュール１３０とそれぞれ離隔されて備えられる。

つまり、本発明の第３の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア２００は、前記内側ローター１２０が回転すると、前記内部ポールピースモジュール３１１が前記中間ローター３２０に磁束を伝達し、前記中間ローター３２０の磁束は、前記ポールピースモジュール１３０により前記外側ローター１１０に伝達されて回転する形態である。

なお、前記内側ローター１２０から前記外側ローター１１０に向かって駆動力が伝達される場合には加速器として、前記外側ローター１１０から前記内側ローター１２０に向かって駆動力が伝達される場合には減速機として作動する。

したがって、本発明の第３の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア２００によると、従来のマグネチックギア１０が実現しようとするギア比を外側ローター１１０、中間ローター３２０及び内側ローター１２０が分担するため、従来のマグネチックギア１０よりも磁石の極数比を少なくしながらも、所望のギア比を実現できる利点がある。
（第４の実施例）
図１９及び図２０を参照すると、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００は、入力側ローター１１０、前記入力側ローター１１０の回転軸ｃの延長線上に前記入力側ローター１１０と離隔されて備えられる出力側ローター１２０、前記入力側ローター１１０と前記出力側ローター１２０の外側を囲むポールピースモジュール１３０を含んでなる。
なお、前記入力側ローター１１０は、入力側回転子１１１と前記入力側回転子１１１の外側に回転軸ｃを中心に放射状に取り付けられる磁石１１２を含んで構成される。

なお、前記出力側ローター１２０は、出力側回転子１２１と前記出力側回転子１２１の外側に回転軸ｃを中心に放射状に取り付けられる磁石１２２を含む。

なお、前記マグネチックギア１００のギア比は、前記の数５のように、前記入力側ローター１１０と前記出力側ローター１２０の双極子数の比で決定される。

なお、前記ポールピースモジュール１３０は、前記入力側ローター１１０と前記出力側ローター１２０の外側で前記入力側ローター１１０と前記出力側ローター１２０を共に囲み、回転軸ｃに対して放射状に位置する複数のポールピース１３１を含む。

つまり、前記入力側ローター１１０と前記出力側ローター１２０は、前記ポールピースモジュール１３０の内側に共に位置する。

なお、前記ポールピースモジュール１３０は、前記入力側ローター１１０及び前記出力側ローター１２０とそれぞれ離隔されて位置する。

なお、前記ポールピースモジュール１３０は、前記入力側ローター１１０の回転によって発生する磁力を前記出力側ローター１２０に伝達して前記出力側ローター１２０が回転するようにする役割をする。

なお、前記ポールピース１３１の個数は前記の数４を満足する。

なお、図１９及び図２０では、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００が円筒回転型のマグネチックギアであるが、円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型で製作が可能である（例えば、特許文献１の円板回転型、平板リニア型、円筒リニア型の形態を参照することができる。）。

なお、図２１を参照すると、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００は、前記ポールピース１３１を放射状の形態で維持するためのポールピースモジュール支持部材１３２と前記ローター１１０、１２０の回転軸を支持するための複数のベアリング１４０、１５０、１６０をさらに含んで構成される。

なお、前記ポールピースモジュール支持部材１３２は、前記ポールピース１３１を放射状の位置に支持する役割をし、前記ポールピース１３１と共に前記ポールピースモジュール１３０を構成する。

つまり、前記ポールピースモジュール１３０は、前記ローター１１０、１２０の外部でハウジングの役割を兼ねることができる。

なお、前記ベアリング１４０、１５０、１６０は、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材１３２の一側内部に固定され、内輪は前記入力側ローター１１０の入力軸１１３に固定される入力軸支持ベアリング１４０、外輪は前記ポールピースモジュール支持部材１３２の他側内部に固定され、内輪は前記出力側ローター１２０の出力軸１２３に固定され、前記出力側ローター１２０が前記ポールピースモジュール１３０から離隔されたまま回転するようにする出力軸支持ベアリング１５０及び前記入力側ローター１１０の出力軸１１４と前記出力側ローター１２０の入力軸１２４が回転軸ｃ上で支持されるように連結し、前記入力側ローター１１０の出力軸１１４と前記出力側ローター１２０の入力軸１２４が互いに摺動しながら回転させるローター連結ベアリング１６０を含む。

なお、前記出力軸支持ベアリング１５０と前記入力軸支持ベアリング１４０は、それぞれ回転軸ｃに垂直に作用する荷重を受けるラジアルベアリング（ｒａｄｉａｌ ｂｅａｒｉｎｇ）として備えられ、前記ローター連結ベアリング１６０は、回転軸ｃと平行な推力を受けるスラストベアリング（ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ）として備えられる。

つまり、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００は、従来のマグネチックギア１０と比較して３つのベアリングだけが要求されるため、ベアリングの摩擦によるトルク伝達率の減少を減らすことができる利点がある。

なお、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００は、従来のマグネチックギア１０と比較して、前記ローター１１０、１２０と前記ポールピースモジュール１３０との間に１つの空隙ａ４のみが必要であるので、構成が非常に簡単で製作が容易であり、製作コストを低減することができ、空隙の大きさの制御が容易である利点がある。

図２２は、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００のポールピース１３０の断面の一例を示し、従来のマグネチックギア１０のポールピース１３ａと比較して空隙に磁束を集中できる形態で製作される。

なお、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００のポールピース１３０は、図５〜図８で示した本発明の第１の実施例に係るポールピース１３０の形態と実質的に同じ形状を有することができる。
（第５の実施例）
図２３は、本発明の第５の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギアを説明するための図である。

図２３を参照すると、本発明の第５の実施例に係るマルチプルタイプのマグネチックギア２００は、本発明の第４の実施例に係るマグネチックギア１００が複数直結連結された形態である。

なお、図２３では、２つのマグネチックギア１００、１００’が直結されたデュアルタイプのマグネチックギアを示したが、３つ以上のマグネチックギアを直結して構成することもできる。

なお、デュアルタイプの場合、第１マグネチックギア１００の出力軸１２３が第２マグネチックギア１１０’の入力軸１１３’に連結される。

なお、前記第１マグネチックギア１００から前記第２マグネチックギア１００’に動力が伝達される場合には減速機として、前記第２マグネチックギア１００’から前記第１マグネチックギア１００に動力が伝達される場合には加速器として作動する。

なお、前記第１マグネチックギア１００の入力側ローター１１０と出力側ローター１２０のギア比が１：１０であり、前記第２マグネチックギア１００’の入力側ローター１１０’と出力側ローター１２０’のギア比が１：１０である場合、全体ギア比は１：１００となり、トルク比も１：１００となる。

つまり、従来のマグネチックギア１０を１：１００のトルク比を有するように設計しようとする場合、外側ローターの双極子の数が内側ローターの双極子の数より１００倍多くなければならないので、大型化を避けることができないが、本発明のマルチプルタイプのマグネチックギア２００は、２つのマグネチックギアを用いて小型で且つ高トルク比を実現できるという利点がある。

本発明のマグネチックギアは、車両、工作機械、工場設備などの非接触式回転動力が必要な様々な分野への適用が可能である。

Claims (11)

1. 内側ローター（ｉｎｎｅｒ ｒｏｔｏｒ）、前記内側ローターと離隔されて備えられる外側ローター（ｏｕｔｅｒ ｒｏｔｅｒ）及び前記内側ローターと前記外側ローターとの間に位置し、前記内側ローターから前記外側ローターに、又は前記外側ローターから前記内側ローターに磁束を伝達する互いに離隔された複数のポールピース（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）が備えられるポールピースモジュールを含むマグネチックギアであって、
   前記各ポールピースの断面は、
   第１弧（ａｒｃ）、前記第１弧と中心の位置及び中心角は同一であり、内径は前記第１弧の内径よりも小さい第２弧及び前記第１弧と前記第２弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第１図形と、
   前記第２弧と中心の位置及び内径は同一であり中心角は前記第２弧の重心角よりも大きい第３弧、前記第３弧と中心の位置と中心角は同一であり内径は前記第３弧の内径よりも小さい第４弧、及び第３弧と前記第４弧の各一端及び各他端を連結する線で囲まれた第２図形とが結合した形状を有し、
   前記第２弧の２等分位置と前記第３弧の２等分位置は互いに重なるように結合した形状を有することを特徴とするマグネチックギア。
2. 前記第４弧と前記第３弧の垂直距離（以下、「第１垂直距離」とする。）は、
   （ここで、αは前記第１垂直距離であり、Ｌｐｒは前記第４弧と前記第１弧の垂直距離（以下「第２垂直距離」とする。）である。）
   のように、前記第２垂直距離の１３．５％よりは大きく、２３．５％よりは小さいことを特徴とする請求項１に記載のマグネチックギア。
3. 前記第４弧の中心角は、
   （ここで、βは前記第４弧の中心角であり、Ｎｐは前記ポールピースの個数である。）
   のように、１つのポールピースを間に置いた２つのポールピースの第１弧を連結する仮想弧の重心角（以下、「基準角」とする。）の４０％よりは大きく、５０％よりは小さいことを特徴とする請求項１に記載のマグネチックギア。
4. 前記第１図形で、前記第１弧及び第２弧を連結する線は、前記第１図形の中心部に向かって凹んだ曲線（以下、「凹曲線」とする。）であることを特徴とする請求項１に記載のマグネチックギア。
5. 前記凹曲線の両端を連結する仮想線分（以下、「第１仮想線分」とする。）の２等分位置から垂直方向に前記凹曲線までの長さ（以下、「凹長さ」とする。）は、
   前記凹曲線の前記第１弧側の一端から前記第４弧に垂直方向に連結される仮想線分（以下、「第２仮想線分」とする。）の２等分位置から垂直方向に前記第１弧の２等分位置と前記第４弧の２等分位置を連結する仮想線分（以下、「第３仮想線分」とする。）までの長さの３０％よりは大きく、４０％よりは小さいことを特徴とする請求項４に記載のマグネチックギア。
6. 前記凹長さは、
   （ここで、Ｄｐｉは前記第４弧の内径であり、Ｄｐｏは前記第１弧の内径であり、Ｎｐはポールピースの個数である。）
   によって計算されることを特徴とする請求項５に記載のマグネチックギア。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のマグネチックギアを少なくとも２つ含み、
   前記マグネチックギアのうち、第１マグネチックギアの出力側ローターは、第２マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギア。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のマグネチックギアと、
   前記マグネチックギアの内側ローターの外側に離隔されて備えられ、複数のポールピースを有する少なくとも１つの内部ポールピースモジュールと、
   前記内部ポールピースモジュールと前記マグネチックギアのポールピースモジュールとの間に備えられる少なくとも１つの中間ローターと、を含むことを特徴とするマルチレイヤータイプのマグネチックギア。
9. 入力側ローターと、
   前記入力側ローターの回転軸の延長上に前記入力側ローターと離隔されて備えられる出力側ローターと、
   前記入力側ローター及び前記出力側ローターの外側で前記入力側ローター及び前記出力側ローターを囲み、回転軸に放射状に位置する複数のポールピースを有し、前記入力側ローターの磁力を前記出力側ローターに伝達するポールピースモジュールと、を含み、
   前記入力側ローター及び前記出力側ローターは、前記ポールピースモジュールの内側に共に位置し、前記ポールピースモジュールとは互いに離隔されて位置することを特徴とするマグネチックギア。
10. 前記ポールピースモジュールは、前記ポールピースが回転軸に対して放射状に維持するように支持するポールピースモジュール支持部材を含み、
    外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の一側内部に固定され、内輪は前記入力側ローターの入力軸に固定され、前記入力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする入力軸支持ベアリングと、
    外輪は前記ポールピースモジュール支持部材の他側内部に固定され、内輪は前記出力側ローターの出力軸に固定され、前記出力側ローターが前記ポールピースモジュールから離隔されたまま回転するようにする出力軸支持ベアリングと、
    前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が回転軸上で支持されるように、前記入力側ローターの出力軸と前記出力側ローターの入力軸が互いに摺動しながら回転させるローター連結ベアリングと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のマグネチックギア。
11. 請求項１０又は１１に記載のマグネチックギアを少なくとも２つ含み、
    前記マグネチックギアのうち、第１マグネチックギアの出力側ローターは、第２マグネチックギアの入力側ローターに直結されることを特徴とするマルチプルタイプのマグネチックギア。