JP2019168011A - 磁気歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】回転効率がよくしかも用途に応じて変速比を変更することができる磁気歯車を提供する。【解決手段】磁気歯車１０ａは、インナーヨーク１４ａの周方向に複数のインナー磁石１４ｂを配列したインナー歯車１４と、インナー歯車１４に対して外周側に相対回転可能に設けられポールホルダ３０ａの周方向に複数のポールピース３０ｂを配列したセンターリング３０と、センターリング３０に対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨーク２６ａの周方向に複数のアウター磁石２６ｂを配列したアウター歯車２６と、アウター歯車２６と一体回転するアウター側面部２８と、センターリング３０と一体回転するセンター側面部３２と、インナー歯車１４の軸心に固定されたインナー軸２０とを有する。アウター側面部２８およびセンター側面部３２は、それぞれアウター軸１８を着脱可能な軸固定部２８ｂ，３２ｂを備える。【選択図】図２−１

Description

本発明は、磁気を利用した歯車を用いてトルクを伝達する磁気歯車に関する。

一般的な歯車機構は複数の歯車を用い、その歯数比によって変速を行っており、歯同士の接触による振動・騒音が発生するとともに、摩耗による機械的寿命があり、しかも注油などのメンテナンスが必要となる。これに対して、磁気を利用して非接触でトルクを伝達する磁気歯車の開発および実用化が進められている。磁気歯車では非接触でトルク伝達を行うことから上記のような不都合がない。

磁気歯車の一般的構成としては、例えば特許文献１に示されるように、周方向に複数の磁石を配列したインナー歯車およびアウター歯車と、周方向に複数のポールピースを配列したステータとを備え、内径側から外径側に向かってインナー歯車、ステータおよびアウター歯車の順で同心かつ相対回転可能に構成される。インナー歯車、ステータおよびアウター歯車のうちいずれか１つを入力部とし、いずれか１つを出力部とし、変速して回転伝達を行う。

磁気歯車で変速比を変えようとする場合、例えば引用文献２では、磁極数の異なるアウター歯車とインナー歯車とを軸方向に複数組並列させておき、共通のステータを軸方向に移動させることにより複数組のうちいずれか１組を有効にすることが提案されている。この磁気歯車では、有効となるアウター歯車とインナー歯車との極数に基づく変速比が得られる。

非特許文献１では、磁気歯車のセンターロータを固定する場合とアウター歯車を固定する場合とでは異なる変速比が得られること、およびそれらの変速比の計算式が開示されている。

また、変速する必要のない１対１のトルク伝達を行う場合では、例えば磁気カップリング（特許文献３参照）を用いるとよい。

特開２０１７−２２５２０９号公報 特許５３８１６２１号公報 国際公開第２００９／１４２２５８号

安藤「磁気歯車の開発動向」、日本ＡＥＭ学会誌、Ｖｏｌ２４、Ｎｏ．２、２０１６年、ｐ．１５―２０

ところで、特許文献２に記載の磁気歯車では、磁極数の異なるアウター歯車とインナー歯車とを軸方向に複数組設けるとともに、ステータを軸方向に移動させる機構が必要となり、相当に複雑でかつ大型となる。また、利用されていない他の組は重量負荷となり、回転効率が悪い。

さらに、このような磁気歯車は、ユーザ用途に応じて固定変速比が異なる複数のバリエーションを揃えるのには向いていない。

さらにまた、このような磁気歯車は、１台の磁気歯車を比較的長いある運転期間中には所定の固定変速比として用い、異なる運転期間中には、同じ磁気歯車を異なる固定変速比や回転方向に設定するという用途には不適である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、回転効率がよくしかも用途に応じて変速比を変更することのできる磁気歯車を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる磁気歯車は、インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、軸方向一方の側面で、前記アウター歯車に回転不能に設けられたアウター側面部と、軸方向他方の側面で、前記センターリングに回転不能に設けられたセンター側面部と、前記インナー歯車の軸心に回転不能に設けられたインナー軸と、を有し、前記アウター側面部および前記センター側面部は、それぞれアウター軸を固定可能な軸固定部を備えることを特徴とする。

前記アウター軸は、前記インナー軸が挿通可能なインナー軸挿通孔を備えていてもよい。

前記インナー軸は、前記インナー歯車に対して軸方向逆向きに組み替え可能であって軸方向いずれか一方に突出し、前記アウター軸は、前記インナー軸の非突出側における前記軸固定部に固定されていてもよい。

前記アウター軸は一対設けられ、前記アウター側面部および前記センター側面部の両方における前記軸固定部に固定され、前記インナー軸は両端が一対の前記インナー軸挿通孔から突出していてもよい。

前記インナー軸は、前記インナー歯車に固定される軸ベースと、前記軸ベースの軸方向両端いずれにも接続可能で、前記軸ベースからトルクが伝達される突出軸と、を有し、前記突出軸は、前記軸ベースの一端に接続されて軸方向に突出し、前記アウター軸は、前記突出軸の非突出側における前記軸固定部に固定されていてもよい。

前記突出軸は、前記軸ベースに対して機械的に接続されていてもよい。

前記突出軸は、前記軸ベースに対して非接触で磁気的に接続されていてもよい。

前記アウター歯車または前記センターリングを回転不能に固定するベースを有し、前記アウター側面部または前記センター側面部は、それぞれ前記ベースを固定可能なベース固定部を備えていてもよい。

前記アウター歯車および前記インナー歯車の少なくとも一方はＩＰＭ型であってもよい。

本発明にかかる磁気歯車では、アウター軸は、アウター側面部の軸固定部またはセンター側面部の軸固定部に固定される。これにより、アウター軸の固定部が変わり、用途に応じて変速比を変更することができる。また、変速比を変更するのに付加的要素が不要であり、回転効率がよい。

図１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車を示す分解斜視図である。 図２−１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図２−２は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図３−１は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す一部断面斜視図である。 図３−２は、第１の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す一部断面斜視図である。 図４は、磁気歯車のアウター歯車、インナー歯車およびセンターリングの一部拡大正面図である。 図５は、第２の実施形態にかかる磁気歯車を示す分解斜視図である。 図６は、第２の実施形態にかかる磁気歯車を示す断面図である。 図７−１は、第２の実施形態にかかる磁気歯車であり、センターリングが固定された状態を示す一部断面斜視図である。 図７−２は、第２の実施形態にかかる磁気歯車であり、アウター歯車が固定された状態を示す一部断面斜視図である。 図８−１は、第３の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図８−２は、第３の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図９−１は、第４の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図９−２は、第４の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図１０−１は、第５の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が左側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。 図１０−２は、第５の実施形態にかかる磁気歯車であり、インナー軸が右側の側面から突出するように組み立てられた状態を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる磁気歯車の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下、方向を識別するために、図１における軸方向を基準として右上方向をＸ１方向、左下方向をＸ２方向とし、各図に方向を示す矢印を表記する。また、ボルトについてはサイズおよびタイプに拘わらず全てボルトＢと呼ぶ。

図１、図２−１および図３−１に示すように、第１の実施形態にかかる磁気歯車１０ａは、アウター歯車体１２と、インナー歯車１４と、センター体１６と、アウター軸１８と、インナー軸２０と、ベース２２とを有する。

アウター歯車体１２はケーシング２４と、アウター歯車２６と、アウター側面部２８とを有する。ケーシング２４は筒体であって、磁気歯車１０ａにおいてベース２２を除く本体部の外枠を形成する。

アウター歯車２６はアウターヨーク２６ａと、ＮＬ＝３１極対（６２個）のアウター磁石２６ｂとを有する。アウターヨーク２６ａは軟磁性体であり、ケーシング２４の内周面に固定された筒体である。アウター磁石２６ｂは、アウターヨーク２６ａに対して径方向に長尺形状となるように埋め込まれて、周方向に等角度の放射形状配列となっている。アウター磁石２６ｂは周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている（図４参照）。アウター歯車２６は低速ロータとも呼ばれる。

アウター側面部２８は磁気歯車１０ａのＸ１方向側を覆う蓋体であり、複数のボルトＢによりケーシング２４のＸ１方向端面に固定され、アウター歯車２６に対して回転不能で一体的に回転する。アウター側面部２８はインナー軸２０が挿通可能な中心孔２８ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部２８ｂと、６つのボルト孔であるベース固定部２８ｃとを有する。軸固定部２８ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部２８ｃは軸固定部２８ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定可能である（図２−２参照）。軸固定部２８ｂとベース固定部２８ｃとの間にはＸ１方向に突出する環状突起２８ｄが設けられ、該環状突起２８ｄよりも内径側は浅い嵌合溝２８ｅが形成されている。軸固定部２８ｂは嵌合溝２８ｅの底部に設けられている。

インナー歯車１４はインナーヨーク１４ａと、ＮＨ＝３極対（６個）のインナー磁石１４ｂとを有する。インナーヨーク１４ａは軟磁性体であり、円盤形状である。インナー磁石１４ｂは、インナーヨーク１４ａに対して径方向に長尺形状となるように埋め込まれて、周方向に等角度の放射形状配列となっている。インナー磁石１４ｂ周接線方向つまり短尺方向に着磁されており、隣り合う磁石は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向でＳ極同士が向かい合い、Ｎ極同士が向かい合っている（図４参照）。インナー歯車１４の中心にはインナー軸２０が挿通して固定されるインナー軸固定孔１５が設けられている。インナー歯車１４は高速ロータとも呼ばれる。

センター体１６はセンターリング３０と、センター側面部３２とを有する。センターリング３０はポールホルダ３０ａと、ＮＳ＝３４個のポールピース３０ｂとを有する。ポールホルダ３０ａは非磁性体の筒体である。ポールピース３０ｂは軟磁性体であって、ポールホルダ３０ａに対して周方向に等角度に配列されている。インナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、アウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂおよびポールピース３０ｂは、それぞれ軸方向位置と軸方向長さが略等しくなるように設定されている（図２−１参照）。

なお、アウター歯車２６におけるアウター磁石２６ｂの極対数ＮＬ、インナー歯車１４におけるインナー磁石１４ｂの極対数ＮＨおよびセンターリング３０におけるポールピース３０ｂの個数ＮＳは、
ＮＳ＝ＮＬ±ＮＨ
という関係が成立するように選定される。
磁気歯車１０ａではＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３であり、
３４＝３１＋３
という関係が成立している。

センター側面部３２は磁気歯車１０ａのＸ２方向側を覆う蓋体である。センターリング３０とセンター側面部３２とは一体成形されて相対回転不能であり、センター側面部３２の外周部がセンターリング３０のＸ２方向端面と接続されている。センター側面部３２はインナー軸２０が挿通可能な中心孔３２ａと、等角度に配置された６つのボルト孔である軸固定部３２ｂと、等角度に配置された６つのボルト孔であるベース固定部３２ｃとを有する。軸固定部３２ｂはボルトＢによりアウター軸１８を固定可能である。ベース固定部３２ｃは軸固定部３２ｂよりも外径側に配置されており、ボルトＢによりベース２２に固定される。軸固定部３２ｂとベース固定部３２ｃとの間にはＸ２方向に突出する環状突起３２ｄが設けられ、該環状突起３２ｄよりも内径側は浅い嵌合溝３２ｅが形成されている。軸固定部３２ｂは嵌合溝３２ｅの底部に設けられている。

６つの軸固定部３２ｂおよび上記の６つの軸固定部２８ｂは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれアウター軸１８が固定可能である。６つのベース固定部３２ｃおよび上記の６つのベース固定部２８ｃは、軸方向から見て同形状かつ同配置であり、それぞれベース２２が固定可能である。

センター側面部３２はアウター側面部２８の外周近傍を除く内径側部分と同一の対称構造となっており、中心孔２８ａと中心孔３２ａ、軸固定部２８ｂと軸固定部３２ｂ、ベース固定部２８ｃとベース固定部３２ｃ、環状突起２８ｄと環状突起３２ｄ、および嵌合溝２８ｅと嵌合溝３２ｅはそれぞれ同一形状で同配置となっている。

アウター軸１８およびインナー軸２０は、駆動機構および従動機構が接続される入出力部である。アウター軸１８はフランジ１８ａと、該フランジ１８ａから一方に突出した軸部１８ｂと、フランジ１８ａに設けられた等間隔で６つの孔１８ｃとを有する。ボルトＢが孔１８ｃを通って軸固定部２８ｂに螺合されると、アウター軸１８はアウター側面部２８に固定され、軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。フランジ１８ａは嵌合溝２８ｅに嵌合して安定する。アウター軸１８はアウター側面部２８およびセンター側面部３２のいずれにも固定可能でありアウター／センター兼用軸または低速軸とも呼ばれ得るものだが、ここでは単にアウター軸１８と称する。後述するアウター軸４２も同様である。

インナー軸２０は長尺な円柱軸形状であって、インナー軸固定孔１５に対して機械的（例えば、キー、スプライン、Ｄカット構造）に接続され、インナー歯車１４に対して回転不能で一体的に回転する。インナー軸２０はインナー軸固定孔１５に対して着脱可能で、軸方向逆向きに組み替え可能な構成となっている。インナー軸２０のＸ１方向端部近傍はアウター側面部２８の中心孔２８ａに対してベアリング３４ａで軸支されている。インナー軸２０のほぼ中心部はセンター側面部３２の中心孔３２ａに対してベアリング３４ｂで軸支されている。ベアリング３４ａ，３４ｂの内輪とインナー歯車１４との間にはそれぞれスペーサ３６ａ，３６ｂが介挿されている。ベアリング３４ａ，３４ｂはスナップリング３８ａ，３８ｂにより抜け止め処理されている。インナー歯車１４はベアリング３４ａ，３４ｂによりアウター歯車体１２およびセンター体１６に対して相対回転可能となっている。インナー軸２０は高速軸とも呼ばれ得る。

アウター側面部２８の一部とセンターリング３０のＸ１方向端内周面との間にはベアリング４０ａが設けられている。センター側面部３２のＸ２方向端外周面とケーシング２４のＸ２方向端内周面との間にはベアリング４０ｂが設けられている。ベアリング４０ａ，４０ｂによりアウター歯車体１２とセンター体１６とは相対回転可能となっている。

ベース２２は固定台としての機能を備え、側面視でＬ字形状であって側板２２ａとベース板２２ｂとを有する。側板２２ａは、ベース板２２ｂと直交して立設している。側板２２ａは、中心に設けられた軸挿通孔２２ｃと、該軸挿通孔２２ｃの周囲で等角度に設けられた６つの孔２２ｄとを有する。ボルトＢが孔２２ｄを通ってベース固定部３２ｃに螺合されると、ベース２２はセンター側面部３２に固定される。軸挿通孔２２ｃはアウター軸１８、フランジ１８ａおよびインナー軸２０が挿通可能な径となっている。軸挿通孔２２ｃの一端には浅い環状切欠２２ｅが設けられ、該環状切欠２２ｅには環状突起２８ｄまたは環状突起３２ｄが嵌合可能となっている。軸挿通孔２２ｃと嵌合溝２８ｅ，３２ｅとは同径となっている。

図２−１および図３−１に示すように、アウター軸１８はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔３２ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ２方向に突出するように組み立てられている。アウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はセンター体１６のセンター側面部３２に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。

このとき、アウター軸１８を入力側、インナー軸２０を出力側とした場合の変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝−ＮＬ／ＮＨ＝−３１／３＝−１０．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１０．３３であり、マイナス符号であるから回転方向は逆向きとなる。後述する磁気歯車１０ｂの図８−１に示す状態、磁気歯車１０ｃの図９−１に示す状態、および磁気歯車１０ｅの図１０−１に示す状態でも同様である。

一方、図２−２および図３−２に示すように、アウター軸１８はセンター体１６のセンター側面部３２にも固定可能であり、この場合には軸部１８ｂはＸ２方向に突出する。インナー軸２０はインナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に固定され、中心孔２８ａおよび軸挿通孔２２ｃを通ってＸ１方向に突出するように組み立てられる。この場合もアウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。ベース２２はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定される。磁気歯車１０ａはこのように組み立てられることにより、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。アウター軸１８とインナー軸２０との間は、アウター歯車体１２、インナー歯車１４およびセンターリング３０の磁気的作用によって変速されて回転のトルクが伝達される。

このとき、変速比Ｇｒは以下の式で求められる。
Ｇｒ＝ＮＳ／ＮＨ＝３４／３＝＋１１．３３
つまり、変速比Ｇｒの絶対値は１１．３３であり、プラス符号であるから回転方向は順向きとなる。後述する磁気歯車１０ｂの図８−２に示す状態、磁気歯車１０ｃの図９−２に示す状態、および磁気歯車１０ｅの図１０−２に示す状態でも同様である。なお、磁気歯車１０ａ〜１０ｅの磁気作用で変速動作が得られる原理については、例えば特許文献１や非特許文献１に示されているように公知であるからここでは説明を省略する。

図４に示すように、磁気歯車１０ａのインナー歯車１４およびアウター歯車２６はＩＰＭ型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、磁石埋め込み型）である。すなわち、インナー歯車１４におけるインナー磁石１４ｂおよびアウター歯車２６におけるアウター磁石２６ｂは、インナーヨーク１４ａおよびアウターヨーク２６ａの径方向に埋め込まれて放射状配置となっており、Ｎ極およびＳ極はそれぞれ周方向を向いている。このようなＩＰＭ型の構造では、磁石が各ロータの表面に配置され、磁石の着磁方向が径方向となるＳＰＭ型（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、表面磁石型）と比較して高トルクが得られる。また渦電流損が少ないため高効率となる。さらに、インナー磁石１４ｂおよびアウター磁石２６ｂは埋め込み構造であるため、遠心力の作用によって外側に剥がされてしまう懸念がなく、高速回転に適する。また、インナー歯車１４およびアウター歯車２６の少なくとも一方をＩＰＭ型構造にすれば、上記の効果が相応に得られる。なお、図４では理解が容易となるようにアウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂにおいてＮ極をドット地、Ｓ極を白地として識別している。

このように構成される磁気歯車１０ａによれば、アウター軸１８はＸ１方向のアウター側面部２８またはＸ２方向のセンター側面部３２のいずれにも固定可能であり、これによりアウター歯車体１２またはセンター体１６のいずれかを低速側入出力部として選択することができる。また、インナー歯車１４の高速側入出力部であるインナー軸２０は、アウター軸１８の軸部１８ｂとは逆側に突出するように組み立てることができる。これにより、変速比や回転方向を選択することができる。特に、磁気歯車１０ａは、１台で比較的長いある運転期間中には所定の固定変速比として用い、異なる運転期間中には、同じ磁気歯車１０ａを異なる固定変速比として用いる用途に好適である。また、ユーザ用途に応じて固定変速比または回転方向が異なる複数のバリエーションを揃えるのに適している。

磁気歯車１０ａは、アウター軸１８、インナー軸２０およびベース２２の組み付け位置を変えるだけで変速比を変えることができ、利用されない付加的要素がないため無駄な重量負荷がなくて回転効率がよい。

磁気歯車１０ａでは変速比Ｇｒが絶対値で１０．３３または１１．３３であり比較的近い値となっている。したがって変速比Ｇｒの微調整に好適である。またＮＬ、ＮＨおよびＮＳの選定によって、２つの変速比Ｇｒの差をより大きくすることも可能である。

なお、後述する磁気歯車１０ｂのアウター軸４２におけるインナー軸挿通孔４２ｄ（図５参照）をアウター軸１８に対しても適度に大径に設けておくと、アウター軸１８はインナー軸２０に対してその突出向きに拘わらず干渉しなくなる。このようにすると、アウター軸１８とインナー軸２０（および後述する突出軸４８，５２，６０）とを同一方向に突出させることも可能である。この場合、アウター軸１８はアウター側面部２８およびセンター側面部３２に対して着脱可能な構成にする必要はなく、一体成形してもよい。後述する磁気歯車１０ｃ，１０ｄ，１０ｅにおいても同様である。

アウター軸１８は、接続される駆動機構または従動機構の形状に合わせて種々のバリエーションを用意してもよい。また、磁気歯車１０ａに接続される駆動機構または従動機構は、必ずしもアウター軸１８に接続する形態とは限らず、例えばアウター軸１８を介さずに軸固定部２８ｂまたは軸固定部３２ｂに直接的に接続してもよい。この場合、接続される駆動機構または従動機構がアウター軸１８と同視される。後述するアウター軸４２についても同様である。

次に、第２の実施形態にかかる磁気歯車１０ｂについて図５〜図７−１，７−２を参照しながら説明する。磁気歯車１０ｂおよび後述する磁気歯車１０ｃ，１０ｄ，１０ｅについて上記の磁気歯車１０ａと同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明は省略する。

図５、図６および図７−１，７−２に示すように、磁気歯車１０ｂは、上記の磁気歯車１０ａにおける１つのアウター軸１８に代えて一対のアウター軸４２を設けるとともに、インナー軸２０に代えてインナー軸４４を設けたものである。

一対のアウター軸４２はそれぞれ、フランジ４２ａと、該フランジ４２ａから一方に突出した軸部４２ｂと、フランジ４２ａに設けられた等間隔で６つの孔４２ｃと、インナー軸挿通孔４２ｄとを有する。フランジ４２ａ、軸部４２ｂ、および孔４２ｃは上記のフランジ１８ａ、軸部１８ｂ、および孔１８ｃに相当する。つまり、アウター軸４２は、上記のアウター軸１８に対してインナー軸挿通孔４２ｄをさらに設けたものである。インナー軸挿通孔４２ｄはアウター軸４２の中心に設けられ、インナー軸４４が挿通可能な径となっている。

一対のアウター軸４２のうち一方はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部４２ｂはＸ１方向に突出する。一対のアウター軸４２のうち他方はセンター体１６のセンター側面部３２に固定されて軸部４２ｂはＸ２方向に突出する。

インナー軸４４は、上記のインナー軸２０よりも長く、インナー歯車１４のインナー軸固定孔１５に対する固定部を中心として左右対称形状となっている。すなわち、上記のインナー軸２０はインナー軸固定孔１５に固定されるとＸ１方向またはＸ２方向のいずれか一方に突出していたのに対して、インナー軸４４はＸ１方向およびＸ２方向の両方に突出する。Ｘ１方向およびＸ２方向の両方に設けられたアウター軸４２の中心にはインナー軸挿通孔４２ｄが設けられていることから、インナー軸４４はアウター軸４２に干渉することなく両側に突出可能となっている。インナー軸４４の両端部はアウター軸４２の端部よりも適量突出しており、駆動部または従動部を接続可能である。

図７−１に示すように、ベース２２をセンター体１６のセンター側面部３２に固定すると、Ｘ１側のアウター軸４２が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、インナー軸４４が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。インナー軸４４はＸ１側突出部とＸ２側突出部のいずれを利用してもよい。

図７−２に示すように、ベース２２をアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定すると、Ｘ２側のアウター軸４２が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、インナー軸４４が一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。インナー軸４４はＸ１側突出部とＸ２側突出部のいずれを利用してもよい。

このように構成される磁気歯車１０ｂによれば、アウター軸４２およびインナー軸４４を組み替えることなく、ベース２２の固定位置を変えるだけで変速比Ｇｒおよび回転方向を変えることができる。

なお、図７−１に示すようにベース２２をセンター側面部３２に固定する場合には、Ｘ２側のアウター軸４２は利用されないので取り外しておいてもよい。同様に、図７−２に示すようにベース２２をアウター側面部２８に固定する場合には、Ｘ１側のアウター軸４２は利用されないので取り外しておいてもよい。利用されない側のアウター軸４２を取り外すことによりそれだけ軽量になる。この場合、インナー軸４４を短くすることも可能であり、アウター軸４２の端部から突出しない長さにしてもよい。さらに、Ｘ１側のアウター軸４２はアウター側面部２８に対して必ずしも着脱可能な構成にする必要はなく、一体成形してもよい。Ｘ２側のアウター軸４２はセンター側面部３２に対して必ずしも着脱可能な構成にする必要はなく、一体成形してもよい。

次に、第３の実施形態にかかる磁気歯車１０ｃについて図８−１，８−２を参照しながら説明する。図８−１，８−２に示すように、磁気歯車１０ｃは、上記の磁気歯車１０ａにおけるインナー軸２０に代えてインナー軸４５を設けたものである。インナー軸４５は軸ベース４６と、突出軸４８とからなる。軸ベース４６は上記のインナー軸２０におけるインナー軸固定孔１５との固定部に相当する。軸ベース４６は左右対称形状であって、Ｘ１方向端はアウター側面部２８の中心孔２８ａ内にあり、Ｘ２方向端はセンター側面部３２の中心孔３２ａ内にある。軸ベース４６のＸ１方向端およびＸ２方向端の各軸心部にはスプライン溝４６ａおよびスプライン溝４６ｂが設けられている。突出軸４８は上記のインナー軸２０における突出部に相当するものであり、一端にはスプライン溝４６ａ，４６ｂに噛み合い可能なスプライン歯４８ａが設けられている。突出軸４８はスプラインの特性を用いて軸方向に移動可能としてもよい。スプライン歯４８ａとスプライン溝４６ａとの噛み合いは圧入のセレーション形式としてもよい。

図８−１に示すように、スプライン歯４８ａを軸ベース４６におけるＸ２方向側のスプライン溝４６ｂに噛み合わせて嵌合させることにより、突出軸４８はＸ２方向に突出する。この場合、アウター軸１８はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。アウター軸１８は軸ベース４６に干渉しない。そして、ベース２２をセンター体１６のセンター側面部３２に固定すると、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、突出軸４８が軸ベース４６を介して一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。

図８−２に示すように、スプライン歯４８ａを軸ベース４６におけるＸ１方向側のスプライン溝４６ｂに噛み合わせて嵌合させることにより、突出軸４８はＸ１方向に突出する。この場合、アウター軸１８はセンター体１６のセンター側面部３２に固定されて軸部１８ｂはＸ２方向に突出する。アウター軸１８は軸ベース４６に干渉しない。そして、ベース２２をアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定すると、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、突出軸４８が軸ベース４６を介して一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。

このように構成される磁気歯車１０ｃによれば、突出軸４８のスプライン歯４８ａをスプライン溝４６ａまたはスプライン溝４６ｂのいずれか一方に機械的に固定することにより、本体部を分解することなく突出軸４８の突出方向を変更することができる。また、機械的固定により、突出軸４８と軸ベース４６が確実に締結される。そして、突出軸４８が突出する方向と逆方向にはアウター軸１８を取り付けるとともに、ベース２２の固定位置を変えるだけで変速比Ｇｒおよび回転方向を変えることができる。突出軸４８と軸ベース４６との固定手段はスプライン構造に限らず、例えばＤカットタイプなど、断面非円形部同士の嵌合を適用することができる。

突出軸４８は、接続される駆動機構または従動機構の形状に合わせて種々のバリエーションを用意してもよい。また、磁気歯車１０ｃに接続される駆動機構または従動機構は、必ずしも突出軸４８に接続する形態とは限らず、例えば突出軸４８を介さずに軸ベース４６に直接的に接続してもよい。この場合、接続される駆動機構または従動機構が突出軸４８と同視される。後述する突出軸５２，６０についても同様に省略可能で、突出軸５２，６０と同視される駆動機構または従動機構を軸ベース５０，５８に直接的に接続してもよい。

次に、第４の実施形態にかかる磁気歯車１０ｄについて図９−１，９−２を参照しながら説明する。図９−１，９−２に示すように、磁気歯車１０ｄは、上記の磁気歯車１０ａにおけるインナー軸２０に代えてインナー軸４９を設けたものである。インナー軸４９は軸ベース５０と、突出軸５２とからなる。軸ベース５０は上記のインナー軸２０におけるインナー軸固定孔１５との固定部に相当する。軸ベース５０は左右対称形状であり、軸長さは上記の軸ベース４６（図８−１，８−２参照）と同様に短く設定されていてアウター軸１８との干渉はない。軸ベース５０は、Ｘ１方向端に浅い嵌合溝５４ａと、該嵌合溝５４ａの底部に設けられた軸固定部５６ａとを有し、同様にＸ２方向端に浅い嵌合溝５４ｂと、該嵌合溝５４ｂの底部に設けられた軸固定部５６ｂとを有する。軸固定部５６ａ，５６ｂは等角度に配置された６つのボルト孔である。

突出軸５２は上記のインナー軸２０における突出部に相当するものであり、フランジ５２ａと、該フランジ５２ａから一方に突出した軸部５２ｂと、フランジ５２ａに設けられた等間隔で６つの孔５２ｃとを有する。軸固定部５６ａ，５６ｂは孔５２ｃに対応しており、ボルトＢが孔５２ｃを挿通して軸固定部５６ａまたは５６ｂに螺合されることにより突出軸５２が軸ベース５０に固定される。フランジ５２ａは嵌合溝５４ａまたは５４ｂに嵌合する。軸ベース５０は、フランジ５２ａに合った嵌合溝５４ａ，５４ｂを形成するために適度に大径となっている。

図９−１に示すように、ボルトＢが孔５２ｃを通って軸固定部５６ｂに螺合されると、突出軸５２は軸ベース５０のＸ２方向端に固定され、軸部５２ｂはＸ２方向に突出する。フランジ５２ａは嵌合溝５４ｂに嵌合して安定する。この場合、アウター軸１８およびベース２２は、図８−１に示した磁気歯車１０ｃの状態と同様に組み立てられ、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、突出軸５２が軸ベース５０を介して一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。

図９−２に示すように、ボルトＢが孔５２ｃを通って軸固定部５６ａに螺合されると、突出軸５２は軸ベース５０のＸ１方向端に固定され、軸部５２ｂはＸ１方向に突出する。フランジ５２ａは嵌合溝５４ａに嵌合して安定する。この場合、アウター軸１８およびベース２２は、図８−２に示した磁気歯車１０ｃの状態と同様に組み立てられ、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、突出軸５２が軸ベース５０を介して一体固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。

このように構成される磁気歯車１０ｄによれば、孔５２ｃにボルトＢを挿通させて軸固定部５６ａまたは軸固定部５６ｂのいずれか一方に螺合させ、機械的に固定することにより、突出軸５２、本体部を分解することなく突出軸５２の突出方向を変更することができる。また、機械的固定により、突出軸５２と軸ベース５０が確実に締結される。そして、突出軸５２が突出する方向と逆方向にはアウター軸１８を取り付けるとともに、ベース２２の固定位置を変えるだけで変速比Ｇｒおよび回転方向を変えることができる。突出軸５２の軸ベース５０に対する着脱は、標準的部品であるボルトＢを用いて簡単かつ確実に行うことができる。突出軸５２および軸ベース５０は単純形状であって製作が容易である。

次に、第５の実施形態にかかる磁気歯車１０ｅについて図１０−１，１０−２を参照しながら説明する。図１０−１，１０−２に示すように、磁気歯車１０ｅは、上記の磁気歯車１０ａにおけるインナー軸２０に代えてインナー軸５７を設け、さらに上記のベース２２に代えてベース６２を設けたものである。インナー軸５７は軸ベース５８と、突出軸６０とからなる。軸ベース５８は上記のインナー軸２０におけるインナー軸固定孔１５との固定部に相当する。軸ベース５８は左右対称形状であり、軸長さは上記の軸ベース４６（図８−１，８−２参照）と同様に短く設定されていてアウター軸１８との干渉はない。軸ベース５８は、Ｘ１方向端に設けられた円盤磁石５８ａと、Ｘ２方向端に設けられた円盤磁石５８ｂとを有する。突出軸６０は、上記のインナー軸２０における突出部に相当するものであり、一端に円盤磁石６０ａを有する。円盤磁石５８ａ，５８ｂ，６０ａはそれぞれ周方向に複数の磁極が配列された構造となっている。

ベース６２は、上記のベース２２における側板２２ａの部分が側板６２ａで置き代えられている。側板６２ａは、中心部に設けられて一方に突出する筒部６２ｂと、該筒部６２ｂに設けられた軸挿通孔６２ｃと、該軸挿通孔６２ｃの周囲で等角度に設けられた６つの孔６２ｄと、環状切欠６２ｅとを有する。軸挿通孔６２ｃ、孔６２ｄおよび環状切欠６２ｅは、上記の軸挿通孔２２ｃ、孔２２ｄおよび環状切欠２２ｅに相当する。軸挿通孔６２ｃの内周面にはベアリング６３ａおよびベアリング６３ｂが設けられており、突出軸６０を回転自在に軸支している。

図１０−１に示すように、ボルトＢが孔６２ｄを通ってベース固定部３２ｃに螺合されると、突出軸６０の円盤磁石６０ａは軸ベース５８の円盤磁石５８ｂに対して隙間をもって対向配置される。突出軸６０はＸ２方向に適量だけ突出する。アウター軸１８はアウター歯車体１２のアウター側面部２８に固定されて軸部１８ｂはＸ１方向に突出する。アウター軸１８は円盤磁石５８ａに干渉しない。円盤磁石６０ａと円盤磁石５８ｂとは磁気カップリング６４ａを構成し、非接触で磁気的にトルク伝達を行うことができる。このような組立状態では、アウター軸１８が一体固定されたアウター歯車体１２が低速側入出力部となり、突出軸６０が磁気カップリング６４ａを介して軸ベース５８に固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。

図１０−２に示すように、ボルトＢが孔６２ｄを通ってベース固定部２８ｃに螺合されると、突出軸６０の円盤磁石６０ａは軸ベース５８の円盤磁石５８ａに対して隙間をもって対向配置される。突出軸６０はＸ１方向に適量だけ突出する。アウター軸１８はセンター体１６のセンター側面部３２に固定されて軸部１８ｂはＸ２方向に突出する。アウター軸１８は円盤磁石５８ｂに干渉しない。円盤磁石６０ａと円盤磁石５８ａとは磁気カップリング６４ｂを構成し、非接触で磁気的にトルク伝達を行うことができる。このような組立状態では、アウター軸１８が一体固定されたセンター体１６が低速側入出力部となり、突出軸６０が磁気カップリング６４ｂを介して軸ベース５８に固定されたインナー歯車１４が高速側入出力部となる。磁気カップリング６４ａ，６４ｂは公知であり、例えば特許文献３に示されるような構成にするとよい。

このように構成される磁気歯車１０ｅによれば、軸ベース５８と突出軸６０との間は機械的接続が不要であり、ベース６２をセンター側面部３２またはアウター側面部２８に固定するだけで突出軸６０は適正位置に配置される。磁気カップリング６４ａ，６４ｂは非接触でトルク伝達を行うことができるため騒音や摩耗がなく、メンテナンスフリーであり、また多少の心ずれが許容される。中心孔２８ａおよび３２ａ内における円盤磁石５８ａ，５８ｂの正面近傍には、仮想線で示すような透磁性の膜６６を設けて内部の保護を図ってもよい。磁気的なトルク伝達手段は突出軸６０だけではなくアウター軸１８に設けてもよい。すなわち、軸部１８ｂに仮想線で示すような磁気カップリング６８を設けてトルク伝達を行ってもよい。この場合、アウター軸１８自体を磁石で構成して磁気カップリング６８の一部としてもよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 磁気歯車
１２ アウター歯車体
１４ インナー歯車
１４ａ インナーヨーク
１４ｂ インナー磁石
１６ センター体
１８，４２ アウター軸
２０，４４，４５，４９，５７ インナー軸
２２，６２ ベース
２２ｃ 軸挿通孔
２４ ケーシング
２６ アウター歯車
２６ａ アウターヨーク
２６ｂ アウター磁石
２８ アウター側面部
２８ａ，３２ａ 中心孔
２８ｂ，３２ｂ 軸固定部
２８ｃ，３２ｃ ベース固定部
３０ センターリング
３０ａ ポールホルダ（非磁性筒体）
３０ｂ ポールピース（軟磁性体）
３２ センター側面部
４２ｄ インナー軸挿通孔
４６ａ，４６ｂ スプライン溝
４６，５０，５８ 軸ベース
４８，５２，６０ 突出軸
５６ａ，５６ｂ 軸固定部
５８ａ，５８ｂ，６０ａ 円盤磁石
６４ａ，６４ｂ，６８ 磁気カップリング

Claims (9)

1. インナーヨークの周方向に複数のインナー磁石を配列したインナー歯車と、
   前記インナー歯車に対して外周側に相対回転可能に設けられ、非磁性筒体の周方向に複数の軟磁性体を配列したセンターリングと、
   前記センターリングに対して外周側に相対回転可能に設けられ、アウターヨークの周方向に複数のアウター磁石を配列したアウター歯車と、
   軸方向一方の側面で、前記アウター歯車に回転不能に設けられたアウター側面部と、
   軸方向他方の側面で、前記センターリングに回転不能に設けられたセンター側面部と、
   前記インナー歯車の軸心に回転不能に設けられたインナー軸と、
   を有し、
   前記アウター側面部および前記センター側面部は、それぞれアウター軸を固定可能な軸固定部を備えることを特徴とする磁気歯車。
2. 請求項１に記載の磁気歯車において、
   前記アウター軸は、前記インナー軸が挿通可能なインナー軸挿通孔を備えることを特徴とする磁気歯車。
3. 請求項１または２に記載の磁気歯車において、
   前記インナー軸は、前記インナー歯車に対して軸方向逆向きに組み替え可能であって軸方向いずれか一方に突出し、
   前記アウター軸は、前記インナー軸の非突出側における前記軸固定部に固定されることを特徴とする磁気歯車。
4. 請求項２に記載の磁気歯車において、
   前記アウター軸は一対設けられ、前記アウター側面部および前記センター側面部の両方における前記軸固定部に固定され、
   前記インナー軸は両端が一対の前記インナー軸挿通孔から突出していることを特徴とする磁気歯車。
5. 請求項１または２に記載の磁気歯車において、
   前記インナー軸は、
   前記インナー歯車に固定される軸ベースと、
   前記軸ベースの軸方向両端いずれにも接続可能で、前記軸ベースからトルクが伝達される突出軸と、
   を有し、
   前記突出軸は、前記軸ベースの一端に接続されて軸方向に突出し、
   前記アウター軸は、前記突出軸の非突出側における前記軸固定部に固定されることを特徴とする磁気歯車。
6. 請求項５に記載の磁気歯車において、
   前記突出軸は、前記軸ベースに対して機械的に接続されることを特徴とする磁気歯車。
7. 請求項５に記載の磁気歯車において、
   前記突出軸は、前記軸ベースに対して非接触で磁気的に接続されることを特徴とする磁気歯車。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気歯車において、
   前記アウター歯車または前記センターリングを回転不能に固定するベースを有し、
   前記アウター側面部または前記センター側面部は、それぞれ前記ベースを固定可能なベース固定部を備えることを特徴とする磁気歯車。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁気歯車において、
   前記アウター歯車および前記インナー歯車の少なくとも一方はＩＰＭ型であることを特徴とする磁気歯車。

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