JP2021116843A - 磁極片装置、磁気歯車、磁気ギアードモータ並びに磁気ギアード発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性および冷却性能が向上された磁気歯車の磁極片装置を提供する。【解決手段】磁極片装置は、磁気歯車における内径側磁石界磁と外径側磁石界磁との間に配置される磁極片装置であって、外径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する外周カバー部材と、内径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する内周カバー部材と、外周カバー部材と内周カバー部材との間に、周方向に間隔を置いて配置された複数の磁極片と、を備え、外周カバー部材は、複数の磁極片の外周面に面する複数の外周側対面部と、隣り合う２つの外周側対面部を接続する複数の外周側接続部と、を含み、内周カバー部材は、複数の磁極片の内周面に面する複数の内周側対面部と、隣り合う２つの内周側対面部を接続する複数の内周側接続部と、を含み、複数の外周側接続部の各々は外周側連通部を有し、複数の内周側接続部の各々は内周側連通部を有する。【選択図】 図４

Description

本開示は、磁極片装置及び該磁極片装置を備えた磁気歯車に関する。

歯車装置の一種として、磁石の吸引力及び反発力を利用し、非接触でトルクや運動を伝達することにより、歯の接触により生じる摩耗、振動、騒音等の問題を回避できるようにした磁気歯車がある。この磁気歯車のうち磁束変調型（高調波型）磁気歯車は、同心円状（同軸）に配置された内周側の磁石界磁および外周側の磁石界磁と、これら２つの磁石界磁の間にそれぞれ間隙（エアギャップ）を設けつつ配置され、周方向に交互に配列される複数の磁極片（ポールピース）および複数の非磁性体を有する磁極片装置とを備えている（特許文献１〜２参照）。そして、上記の２つの磁石界磁の有する磁石の磁束が上記の各磁極片により変調されることで高調波磁束が生じ、この高調波磁束に上記の２つの磁石界磁がそれぞれ同期することで、磁束変調型磁気歯車は動作する。

例えばこの磁束変調型磁気歯車とモータとを一体化した磁気ギアードモータでは、上記の外周側の磁石界磁を固定してステータとして機能させる共に、上記の内周側の磁石界磁を高速ロータ、上記の磁極片装置を低速ロータとして機能させる。そして、コイルの起磁力により高速ロータを回転させることで、高速ロータの極対数と低速ロータが有する極対数との比で定まる減速比に従って低速ロータが回転するようになっている。なお、磁気ギアードモータとしては、高速ロータとステータに永久磁石を設置したタイプのものや、高速ロータにのみ永久磁石を設置したタイプのものなどが知られている。

米国特許第９４２５６５５号明細書 特許第５２８６３７３号公報

上述した磁極片装置は、内周側および外周側で隣接する上記の２つの磁石界磁の有する永久磁石などの磁石で発生する磁力を受けるため、剛性が一定以上ないと、径方向に変形して径方向で隣接する上記の磁石界磁の磁石に干渉してしまうおそれがある。そこで、上記の磁力に対して径方向の変形を防ぐため、複数の磁極片の外周側や内周側などに弾性率の高い筒状のカバー部材を設置することで、剛性を高めることが考えられる。

ここで、上記の磁極片では鉄損による熱が発生するところ、この磁極片の内径側および外径側に対向する磁石界磁の各々の磁極対（磁気ギアードモータではステータ磁石、ロータ磁石）の温度スペックは磁極片よりも厳しい。このため、磁極片装置（複数の磁極片）と、これに隣接（対向）する内径側および外径側の２つの磁石界磁との間にそれぞれ形成されるエアギャップには、その軸方向に沿って流れるように冷却媒体（例えば空気）を供給するなどして、積極的に除熱を行う必要がある。しかしながら、上述したカバー部材で複数の磁極片の径方向の両面を覆うと、エアギャップに供給された冷却媒体はカバー部材に沿ってエアギャップの一端側からから他端側に向けて流れる他はなく、エアギャップが軸方向に長いほど冷却媒体の温度が流れるに従って上昇してしまい、その下流側で冷却性能が低下する。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、剛性および冷却性能が向上された磁気歯車の磁極片装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る磁極片装置は、
磁気歯車における内径側磁石界磁と外径側磁石界磁との間に配置される磁極片装置であって、
前記外径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する外周カバー部材と、
前記内径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する内周カバー部材と、
前記外周カバー部材と前記内周カバー部材との間に、周方向に間隔を置いて配置された複数の磁極片と、を備え、
前記外周カバー部材は、前記複数の磁極片の外周面に面する複数の外周側対面部と、隣り合う２つの前記外周側対面部を接続する複数の外周側接続部と、を含み、
前記内周カバー部材は、前記複数の磁極片の内周面に面する複数の内周側対面部と、隣り合う２つの前記内周側対面部を接続する複数の内周側接続部と、を含み、
前記複数の外周側接続部の各々は、前記外周カバー部材の内周側と外周側とを連通する外周側連通部を有し、
前記複数の内周側接続部の各々は、前記内周カバー部材の内周側と外周側とを連通する内周側連通部を有する。

本発明の少なくとも一実施形態に係る磁気歯車は、
内径側磁石界磁と、
前記内径側磁石界磁に対して外径側に配置される外径側磁石界磁と、
前記内径側磁石界磁と前記外径側磁石界磁との間に配置される上記の磁極片装置と、を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、剛性および冷却性能が向上された磁気歯車の磁極片装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る磁気歯車の径方向に沿った断面の模式図である。 図１に示す磁気歯車の断面の一部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る磁気歯車の軸方向に沿った断面の模式図である。 本発明の一実施形態に係る磁極片装置の一部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る磁極片装置の一部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る磁極片装置の一部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る磁極片装置の一部を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る磁極片装置の径方向に沿った断面の模式図である。 本発明の一実施形態に係る磁気歯車の内部における冷却媒体の流れ方向を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（磁気歯車９の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気歯車９の径方向ｃに沿った断面の模式図である。図２は、図１に示す磁気歯車９の断面の一部拡大図である。図３は、本発明の一実施形態に係る磁気歯車９の軸方向ｂに沿った断面の模式図である。なお、以下では、磁気歯車９（磁極片装置１）の回転方向に沿った方向を周方向ａ、磁気歯車９（磁極片装置１）の回転軸に沿った方向を軸方向ｂ、上記の周方向ａおよび軸方向ｂに直交する方向（半径方向）を径方向ｃとして説明する。

磁気歯車９は、磁石による吸引力および反発力を利用して、非接触でトルクを伝達する機構を有する装置である。図１〜図３に示す磁気歯車９は、磁束変調型（高調波型）であり、図示されるように、全体として円筒状（環状。以下同様）の形状を有する外径側磁石界磁５（アウターロータ）と、全体として円筒状あるいは円柱状の形状を有する内径側磁石界磁７（インナーロータ）と、全体として円筒状の形状を有する磁極片装置１（センターロータ）とを有している。そして、外径側磁石界磁５と内径側磁石界磁７との間に磁極片装置１が配置されるように、これらが同一の軸線ｌ（同軸）上に、互いに径方向ｃに一定距離の間隔（エアギャップＧ）を空けて配置された構造を有する。すなわち、外径側磁石界磁５は、内径側磁石界磁７に対して径方向外側（外径側）に配置される。また、磁極片装置１は、内径側磁石界磁７と外径側磁石界磁５との間に配置される。そして、これらの外径側磁石界磁５、内径側磁石界磁７及び磁極片装置１は同心状に配置される。

また、上記の外径側磁石界磁５および内径側磁石界磁７は、図２に示すように、磁気歯車９の径方向ｃに沿って切断した断面（以下、径方向断面）において円周上に間隔（等間隔）を置いて配置された複数のＮ極およびＳ極で構成される永久磁石などの磁極対（５１、７１）を有している。具体的には、外径側磁石界磁５は、複数の磁極対５１と、この複数の磁極対５１を支持する支持部材５２とを有している。そして、外径側磁石界磁５の円筒状の内周面には、複数の磁極対５１が、磁極が径方向ｃを向く状態で、かつ周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に入れ替わるようにしてその全周に渡って設置される。同様に、上記の内径側磁石界磁７は、複数の磁極対７１と、この複数の磁極対７１を支持する円柱状の支持部材７２とを有している。そして、内径側磁石界磁７の円筒状の外周面には、複数の磁極対７１が、上記と同様に周方向ａに沿ってその全周に渡って設置される。また、磁極片装置１は、周方向ａの全周に渡って互いに間隔（等間隔）を置いて配置された複数の磁極片４１（ポールピース）を有する。そして、例えば内径側磁石界磁７を回転させると、内径側磁石界磁７の磁束が磁極片装置１の磁極片４１により変調され、変調された磁場と外径側磁石界磁５の作用により磁極片装置１に回転トルクが生じる。

図１〜図３に示す実施形態では、磁気歯車９（磁束変調型磁気歯車）は、モータと一体化されることで、磁気ギアードモータを構成している。より詳細には、この磁気ギアードモータにおいては、外径側磁石界磁５に複数のコイル６（図２参照）を設置してステータ（固定子）とし、コイル６の起磁力により内径側磁石界磁７（高速ロータ）を回転させる。これによって、内径側磁石界磁７の有する磁極対７１の極対数に対する外径側磁石界磁５の有する磁極対５１の極対数の比で定まる減速比に従って、磁極片装置１（低速ロータ）が回転するようになっている。

なお、この磁気歯車９は、磁束変調型磁気歯車と発電機とを一体化した磁気ギアード発電機にも適用可能である。磁気ギアード発電機は、高速ロータの回転に伴って低速ロータが回転する点が磁気ギアードモータと異なるが、低速ロータ、高速ロータ、及びステータの構成については、磁気ギアードモータと同様である。

また、磁気ギアードモータには、動作時に生じる熱から上記の構成要素を保護するために例えば空気や水などの冷却媒体Ｃが供給される。図１〜図３に示す実施形態では、図３に示すように、内径側磁石界磁７と磁極片装置１との間、および、外径側磁石界磁５と磁極片装置１との間にそれぞれエアギャップＧが形成されている。そして、これらの円筒状のエアギャップＧには、それぞれ、一端側から他端側に向かって流れるように冷却媒体Ｃとして供給されるようになっている。また、外径側磁石界磁５とその外周側に位置するハウジングＨとの間に形成される間隙に対しても冷却媒体Ｃが同様に供給されるようになっている。なお、上記の外径側磁石界磁５とハウジングＨとの間の間隙には、空気などの気体を供給しても良いし、水冷管を設置し、この水冷管に冷却水などを流通させても良い。

上述した構成を有する磁気歯車９（磁束変調型磁気歯車）において、上述した磁極片装置１は、内周側および外周側で隣接する上記の２つの磁石界磁（５、７）の磁力を受けるため、剛性が足りないと、径方向ｃに変形し、径方向ｃで隣接する上記の磁石界磁の磁極対（５１、７１）に干渉してしまう虞がある。そこで、上記の磁極片装置１を次のように構成した。

（磁極片装置１の構成）
以下、磁極片装置１について、図２および図４〜図９を用いて詳細に説明する。
図４〜図７は、本発明の一実施形態に係る磁極片装置１の一部を模式的に示す斜視図である。図８は、本発明の一実施形態に係る磁極片装置１の径方向ｃに沿った断面の模式図である。図９は、本発明の一実施形態に係る磁気歯車９の内部における冷却媒体Ｃの流れ方向を説明するための図である。

上述したように、磁極片装置１は、例えば磁気ギアードモータを構成する磁束変調型磁気歯車などとなる磁気歯車９を構成する装置（部材）であり、磁気歯車９における内径側磁石界磁７（磁気ギアードモータでは高速ロータ）と外径側磁石界磁５（磁気ギアードモータではステータ）との間に配置される装置（部材）である。図４〜図８に示すように（図２も同様）、磁極片装置１は、外径側磁石界磁５の内周面に対向して配置される外周カバー部材２と、内径側磁石界磁７の外周面に対向して配置される内周カバー部材３と、これら２つのカバー部材の間に配置される複数の磁極片４１（ポールピース）と、を備える。

詳述すると、外周カバー部材２および内周カバー部材３は、それぞれ全体として円筒状の形状を有する部材である。また、内周カバー部材３は、外周カバー部材２よりも小さい径を有しており、外周カバー部材２の内側に同軸で配置されることで、外周カバー部材２の内周面と内周カバー部材３の外周面との間に全周にわたって円筒状の空間が形成される。そして、この円筒状の空間に、複数の長尺の磁極片４１が、その各々の長手方向が軸方向ｂに沿う向きで、周方向ａに間隔を置いて配置される。換言すれば、上記の２つのカバー部材（２、３）は、複数の磁極片４１を挟むようにして設けられる。

上述した構成を備える磁極片装置１において、図４〜図８に示すように、上記の２つのカバー部材の各々は、隣り合う２つの磁極片４１の間（隣接間空間４２）に面する部分に形成された連通部（２３、３３）を有する。具体的には、図４〜図８に示すように、外周カバー部材２は、上述した複数の磁極片４１の外周面に面する複数の外周側対面部２１と、これらのうちの隣り合う２つの外周側対面部２１を接続する複数の外周側接続部２２と、を含んでいる。そして、この複数の外周側接続部２２の各々は、外周カバー部材２の内周側と外周側とを連通する外周側連通部２３を有している。
同様に、内周カバー部材３は、上述した複数の磁極片４１の内周面に面する複数の内周側対面部３１と、これらのうちの隣り合う２つの内周側対面部３１を接続する複数の内周側接続部３２と、を含んでいる。そして、この複数の内周側接続部３２の各々は、内周カバー部材３の内周側と外周側とを連通する内周側連通部３３を有している。

要するに、磁極片装置１の内部には、隣り合う２つの磁極片４１と、外周カバー部材２（外周側接続部２２）と、内周カバー部材３（内周側接続部３２）とで囲まれる複数の空間（隣接間空間４２）が形成されていると共に、これらの複数の空間の各々は、外周側連通部２３および内周側連通部３３によって径方向ｃに連通するように構成されている。これによって、上述した磁極片装置１の外周側（径方向外側）および内周側（径方向内側）の両方に存在するエアギャップＧに冷却媒体Ｃが供給された場合に、上記の連通部（２３、３３）を介して冷却媒体Ｃが磁極片装置１の内部を通り抜けることが可能となる。

この連通部（２３、３３）について、幾つかの実施形態では、図４〜図５、図７〜図８に示すように、外周側連通部２３または内周側連通部３３の少なくとも一方は、１つ以上の貫通孔を含んでも良い。図４に示す実施形態では、外周側連通部２３および内周側連通部３３の両方が、軸方向ｂに沿って並ぶ、各々が円形状の断面形状を有する複数（図４では３つ以上）の貫通孔を有している。他方、図５に示す実施形態では、外周側連通部２３および内周側連通部３３は、軸方向ｂに長い四角形状の断面形状を有する１つの貫通孔を有している。なお、図４〜図５において、貫通孔の断面形状は、例えば円系や四角形の他にも楕円形など他の形状であっても良い。また、貫通孔の断面径は一定になっているが、流れ方向に沿って例えば大きくあるいは小さくなるなど、一定でなくても良い。

他の幾つかの実施形態では、図６に示すように、外周カバー部材２または内周カバー部材３の少なくとも一方は、軸方向ｂにおいて互いに間隔を置いて配置された複数の円筒状の筒状部材（２４ａ、３４ａ）で形成されており、上述した外周側連通部２３または内周側連通部３３の少なくとも一方は、軸方向ｂにおける上記の間隔により形成されても良い。

図６に示す実施形態では、外周カバー部材２および内周カバー部材３の両方が、２つの筒状部材で構成されている。すなわち、外周カバー部材２は、第１筒状部材２４ａおよび第２筒状部材２４ｂを有しており、外周側連通部２３は、第１筒状部材２４ａおよび第２筒状部材２４ｂの各々の側壁によって形成されている。同様に、内周カバー部材３は、第１筒状部材３４ａおよび第２筒状部材３４ｂを有しており、内周側連通部３３は、第１筒状部材３４ａおよび第２筒状部材３４ｂの各々の側壁によって形成されている。

なお、図６では、外周側対面部２１および内周側対面部３１は、軸方向ｂの中間において磁極片４１の外周面や内周面を覆ってはいないが、他の幾つかの実施形態では、カバー部材が、筒状部材における外周側対面部２１あるいは内周側対面部３１を構成する部分を軸方向で接続する接続部（不図示）を有することにより、上記の覆っていない部分の少なくとも一部を覆うようにしても良い。図６に示す実施形態では、複数の磁極片４１は外周側対面部２１および内周側対面部３１で支持されているが、上記の接続部（不図示）により強固に支持することが可能となる。

その他の幾つかの実施形態では、上述した２つの実施形態を組み合わせても良い。すなわち、図４〜図６に示す実施形態では、外周側連通部２３と内周側連通部３３とが同様の構成を有していたが、例えば外周側連通部２３が図５の構成を有し、内周側連通部３３が図４の構成を有するなど、互いに異なる構成を有しても良い。

その他、図４〜図８に示す実施形態では、複数の磁極片４１は、外周カバー部材２および内周カバー部材３によって支持されている。また、２つのカバー部材の間における複数の磁極片４１の間の隣接間空間４２は、磁極片４１の側面４１ｓにより区画されている。ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、磁極片装置１は、外周カバー部材２および内周カバー部材３を径方向ｃで相互に接続しつつ、各磁極片４１を位置決めするような板状の区画部材８を備えることで、上記の隣接間空間４２は、区画部材８によって区画されても良い。また、他の幾つかの実施形態では、磁極片装置１は、隣接間空間４２に設置される複数の非磁性体などの保持部材（不図示）をさらに含んでも良く、各磁極片４１は、保持部材、あるいは保持部材および上記のカバー部材により支持されても良い。この場合には、保持部材は、外周側連通部２３と内周側連通部３３に連通する貫通穴を有するか、あるいは多孔体（ラティス構造を含む）で形成されるなどにより、冷却媒体Ｃがその内部を通り抜けることが可能に構成される。なお、保持部材（不図示）と磁極片４１との間には上記の区画部材８が存在しても良い。

上記の構成によれば、磁束変調型磁気歯車などの磁気歯車９を構成する磁極片装置１は、同軸で配置される外周カバー部材２および内周カバー部材３の間に、その長手方向が軸方向ｂに沿うように延在する長尺の複数の磁極片４１（ポールピース）が周方向ａに間隔を置いて配置された構造を有している。そして、外周カバー部材２および内周カバー部材３は、それぞれ、複数の磁極片４１の各々の間（隣接間空間４２）に面する部分（外周側接続部２２、内周側接続部３２）に、その内周面と外周面とを連通させる連通部（外周側連通部２３、内周側連通部３３）が形成されている。つまり、磁極片装置１は、上記の連通部によって、その内部を冷却媒体Ｃが径方向ｃに通り抜けられるようになっている。

これによって、外周カバー部材および内周カバー部材によって磁極片装置１の剛性を高めつつ、各磁極片４１の側面（周方向ａを向く面）を冷却面として利用することで磁極片装置１の冷却性能を向上させることができる。また、磁極片装置１の内部における冷却媒体Ｃの流通を可能にすることで、冷却パスの設計自由度を大幅に向上させることができる。このため、後述するように磁極片装置１の軸方向ｂ全域で冷却媒体Ｃの温度を低く保つように設計するようなことも可能となる。また、例えば、磁極片装置１の内部における冷却媒体Ｃの流れ方向を例えば径方向ｃの内側から外側など一方向にすれば、磁極片装置１の内部を通過後の冷却媒体Ｃの噴流を例えば外径側磁石界磁５の磁石に直接衝突させるように設計することなども可能となる。よって、磁極片装置１の周囲の磁石界磁の冷却性能の向上も図ることができる。

次に、上述した外周側連通部２３および内周側連通部３３の配置に関する幾つかの実施形態を、図７〜図８を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図７〜図８に示すように、同一の隣接間空間４２に面する外周カバー部材２および内周カバー部材３の各々の連通部（２３、３３）は、軸方向ｂまたは周方向ａの少なくとも一方の方向において互いにずらされた位置に設けられても良い。

すなわち、幾つかの実施形態では、上述した複数の外周側接続部２２は、任意の外周側接続部２２である第１の外周側接続部２２を含み、複数の内周側接続部３２は、第１の外周側接続部２２と対向する第１の内周側接続部３２を含み、第１の外周側接続部２２が有する外周側連通部２３と、第１の内周側接続部３２が有する内周側連通部３３とは、軸方向ｂにおいて互いに異なる位置にあっても良い。冷却媒体Ｃは、上述したエアギャップＧを、軸方向ｂにおける一方の端部側から他方の端部側に向けて流れるように供給されるが、磁極片装置１の冷却媒体Ｃの入口となる連通部の方が、出口となる連通部よりも冷却媒体Ｃの流れ方向の上流側になるように形成される。図７に示す実施形態では、内周側連通部３３（入口）の方が、外周側連通部２３（出口）よりも冷却媒体Ｃの流れ方向の上流側に形成されている。

他の幾つかの実施形態では、上記の第１の外周側接続部２２が有する外周側連通部２３と、第１の内周側接続部３２が有する内周側連通部３３とは、周方向ａにおいて互いに異なる位置にあっても良い。磁気歯車９の回転時には、磁極片装置１は周方向ａに回転する（図８参照）。よって、磁極片装置１の冷却媒体Ｃの入口となる連通部の方が、出口となる連通部よりも回転方向の前側となるように形成される。図８に示す実施形態では、内周側連通部３３（入口）の方が、外周側連通部２３（出口）よりも回転方向の前側に形成されている。

その他の幾つかの実施形態では、上述した２つの実施形態を組み合わせても良い。図７〜図８に示す実施形態では、上記の第１の外周側接続部２２が有する外周側連通部２３と、第１の内周側接続部３２が有する内周側連通部３３とは、軸方向ｂおよび周方向ａにおいて互いに異なる位置にある。この際、冷却媒体Ｃは、内径側磁石界磁７側のエアギャップＧの一端側から供給され、磁極片装置１の内部を通って、外径側磁石界磁５側のエアギャップＧに抜けるようになっている。また、内径側磁石界磁７は、磁極片装置１よりも高速に、紙面に対して時計回り（右側周り）に回転するようになっている。このため、図８に示すように、内周側連通部３３が外周側連通部２３よりも紙面の周方向ａで右側に設けられている。また、同一の隣接間空間４２にそれぞれ面する第１の外周側連通部２３の周方向ａにおける位置は、第１の内周側連通部３３よりも回転方向でより進んだ位置（紙面の右側）に設けられている。

なお、図７〜図８に示す実施形態では、外周側連通部２３および内周側連通部３３はそれぞれ１つの貫通穴を含んでいる。外周側連通部２３および内周側連通部３３が複数の貫通孔を含んでいる場合には、全体としてずらされていても良い。また、外周カバー部材２または内周カバー部材３の少なくとも一方が２以上の筒状部材により形成されている場合には、２以上の筒状部材の相互の間隔を調整することで、開口の位置や大きさを軸方向ｂで異ならせても良い。

上記の構成によれば、外周カバー部材２および内周カバー部材３の各々の連通部（２３、３３）は、磁極片装置１の軸方向ｂあるいは周方向ａの少なくとも一方において互いに位置が異なるように設けられている。これによって、磁気歯車９の回転時（作動時）において上述したエアギャップＧを流れる冷却媒体Ｃの流れ方向に沿うように上記の２つのカバー部材の連通部を形成することが可能となる。

その他、幾つかの実施形態では、図９に示すように、上記の構成に加えて、さらに、外径側磁石界磁５に、外径側磁石界磁５の内周側と外周側とを連通する連通部５３を形成しても良い。図９に示す実施形態では、連通部５３は、軸方向ｂにおける外径側磁石界磁５の中央に形成されている。これによって、磁気歯車９は、外周側連通部２３および内周側連通部３３、および外径側磁石界磁５の連通部５３によって、その内部を冷却媒体Ｃが径方向ｃに通り抜けられることが可能となる。

上記の構成によれば、外径側磁石界磁５には、その内周面と外周面とを連通させる連通部５３が形成されている。これによって、磁気歯車９への冷却媒体Ｃの供給をその両端側から行うことができる。よって、磁気歯車９の内部を流れる際の冷却媒体Ｃが熱交換により温度が高くなり過ぎる前に磁気歯車９の外部に排出することができ、外径側磁石界磁５に連通部５３を形成しない場合に比べて、磁気歯車９の内部の全域で冷却媒体Ｃの温度の低温化を図ることができる。よって、磁気歯車９の冷却能力を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
（付記）

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る磁極片装置（１）は、
磁気歯車（９）における内径側磁石界磁（７）と外径側磁石界磁（５）との間に配置される磁極片装置（１）であって、
前記外径側磁石界磁（５）に対向して配置され、円筒状の形状を有する外周カバー部材（２）と、
前記内径側磁石界磁（７）に対向して配置され、円筒状の形状を有する内周カバー部材（３）と、
前記外周カバー部材（２）と前記内周カバー部材（３）との間に、周方向（ａ）に間隔を置いて配置された複数の磁極片（４１）と、を備え、
前記外周カバー部材（２）は、前記複数の磁極片（４１）の外周面に面する複数の外周側対面部（２１）と、隣り合う２つの前記外周側対面部（２１）を接続する複数の外周側接続部（２２）と、を含み、
前記内周カバー部材（３）は、前記複数の磁極片（４１）の内周面に面する複数の内周側対面部（３１）と、隣り合う２つの前記内周側対面部（３１）を接続する複数の内周側接続部（３２）と、を含み、
前記複数の外周側接続部（２２）の各々は、前記外周カバー部材（２）の内周側と外周側とを連通する外周側連通部（２３）を有し、
前記複数の内周側接続部（３２）の各々は、前記内周カバー部材（３）の内周側と外周側とを連通する内周側連通部（３３）を有する。

上記（１）の構成によれば、磁束変調型磁気歯車（９）などの磁気歯車（９）を構成する磁極片装置（１）は、同軸で配置される外周カバー部材（２）および内周カバー部材（３）の間に、その長手方向が軸方向（ｂ）に沿うように延在する複数の磁極片（４１）（ポールピース）が周方向（ａ）に間隔を置いて配置された構造を有している。そして、外周カバー部材（２）および内周カバー部材（３）は、それぞれ、複数の磁極片（４１）の各々の間（隣接間空間（４２））に面する部分（外周側接続部（２２）、内周側接続部（３２））に、その内周面と外周面とを連通させる連通部（５３）（外周側連通部（２３）、内周側連通部（３３））が形成されている。つまり、磁極片装置（１）は、上記の連通部（５３）によって、その内部を冷却媒体（Ｃ）が径方向（ｃ）に通り抜けられるようになっている。

これによって、外周カバー部材（２）および内周カバー部材（３）によって磁極片装置（１）の剛性を高めつつ、各磁極片（４１）の側面（周方向（ａ）を向く面）を冷却面として利用することで磁極片装置（１）の冷却性能を向上させることができる。また、磁極片装置（１）の内部における冷却媒体（Ｃ）の流通を可能にすることで、冷却パスの設計自由度を大幅に向上させることができる。このため、後述するように磁極片装置（１）の軸方向（ｂ）全域で冷却媒体（Ｃ）の温度を低く保つように設計するようなことも可能となる。また、例えば、磁極片装置（１）の内部における冷却媒体（Ｃ）の流れ方向を例えば径方向（ｃ）の内側から外側など一方向にすれば、磁極片装置（１）の内部を通過後の冷却媒体（Ｃ）の噴流を例えば外径側磁石界磁（５）の磁石に直接衝突させるように設計することなども可能となる。よって、磁極片装置（１）の周囲の磁石界磁の冷却性能の向上も図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の外周側接続部（２２）は、第１の外周側接続部（２２）を含み、
前記複数の内周側接続部（３２）は、前記第１の外周側接続部（２２）と対向する第１の内周側接続部（３２）を含み、
前記第１の外周側接続部（２２）が有する前記外周側連通部（２３）と、前記第１の内周側接続部（３２）が有する前記内周側連通部（３３）とは、軸方向（ｂ）において互いに異なる位置にある。

上記（２）の構成によれば、外周カバー部材（２）および内周カバー部材（３）の各々の連通部（５３）は、磁極片装置（１）の軸方向（ｂ）において互いに異なる位置に設けられている。これによって、外周カバー部材（２）と外径側磁石界磁（５）との間や、内周カバー部材（３）と内径側磁石界磁（７）との間にそれぞれ形成されるエアギャップ（Ｇ）を、軸方向（ｂ）における一方の端部側から他方の端部側に向けて流れる冷却媒体（Ｃ）（例えば冷却水、冷却空気）の流れ方向に沿うように上記の２つのカバー部材の連通部（５３）を形成することで、冷却媒体（Ｃ）が連通部（５３）を通って流れる際の損失を低減することができる。よって、上記のエアギャップ（Ｇ）に冷却媒体（Ｃ）を供給するのに要する動力を低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記複数の外周側接続部（２２）は、第１の外周側接続部（２２）を含み、
前記複数の内周側接続部（３２）は、前記第１の外周側接続部（２２）と対向する第１の内周側接続部（３２）を含み、
前記第１の外周側接続部（２２）が有する前記外周側連通部（２３）と、前記第１の内周側接続部（３２）が有する前記内周側連通部（３３）とは、周方向（ａ）において互いに異なる位置にある。

上記（３）の構成によれば、外周カバー部材（２）および内周カバー部材（３）の各々の連通部（５３）は、磁極片装置（１）の周方向（ａ）において互いに異なる位置に設けられている。これによって、磁気歯車（９）の回転時（作動時）において上述したエアギャップ（Ｇ）を流れる冷却媒体（Ｃ）の流れ方向に沿うように上記の２つのカバー部材の連通部（５３）を形成することで、冷却媒体（Ｃ）が連通部（５３）を通って流れる際の損失を低減することができる。よって、上記のエアギャップ（Ｇ）に冷却媒体（Ｃ）を供給するのに要する動力を低減することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記外周側連通部（２３）または前記内周側連通部（３３）の少なくとも一方は、１つ以上の貫通孔を含む。
上記（４）の構成によれば、外周カバー部材（２）または内周カバー部材（３）の連通部（５３）は、部材の壁面に形成された１つ以上の貫通孔により形成されている。これによって、上記の連通部（５３）をカバー部材に適切に設けることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記外周カバー部材（２）または前記内周カバー部材（３）の少なくとも一方は、軸方向（ｂ）において互いに間隔を置いて配置された複数の円筒状の筒状部材で形成されており、
前記外周側連通部（２３）または前記内周側連通部（３３）の少なくとも一方は、前記軸方向（ｂ）における前記間隔により形成される。

上記（５）の構成によれば、外周カバー部材（２）または内周カバー部材（３）の連通部（５３）は、複数の同径の筒状部材が、同軸で、互いに間隔を置いて配置されることで形成される。これによって、上記の連通部（５３）をカバー部材に適切に設けることができる。

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る磁気歯車（９）は、
内径側磁石界磁（７）と、
前記内径側磁石界磁（７）に対して外径側に配置される外径側磁石界磁（５）と、
前記内径側磁石界磁（７）と前記外径側磁石界磁（５）との間に配置される上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の磁極片装置（１）と、を備える。

上記（６）の構成によれば、磁気歯車（９）は上述した磁極片装置（１）を備える。これによって、上記（１）〜（５）と同様の効果を奏する磁気歯車（９）を提供することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記外径側磁石界磁（５）は、前記外径側磁石界磁（５）の内周側と外周側とを連通する連通部（５３）を有する。

上記（７）の構成によれば、外径側磁石界磁（５）には、その内周面と外周面とを連通させる連通部（５３）が形成されている。つまり、外径側磁石界磁（５）の連通部（５３）によって、磁気歯車（９）の内部を冷却媒体（Ｃ）が径方向（ｃ）に通り抜けられるようになっている。これによって、磁気歯車（９）への冷却媒体（Ｃ）の供給を、その両端側から行うことができる。よって、磁気歯車（９）の内部を流れる際の冷却媒体（Ｃ）が熱交換により温度が高くなり過ぎる前に磁気歯車（９）の外部に排出することができ、外径側磁石界磁（５）に連通部（５３）を形成しない場合に比べて、磁気歯車（９）の内部の全域で冷却媒体（Ｃ）の温度の低温化を図ることができる。よって、磁気歯車（９）の冷却能力を向上させることができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る磁気ギアードモータは、
上記（６）〜（７）に記載の磁気歯車（９）を備える。
上記（８）の構成によれば、上記（６）〜（７）と同様の効果を奏する磁気ギアードモータを提供することができる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る磁気ギアード発電機は、
上記（６）〜（７）に記載の磁気歯車（９）を備える。
上記（９）の構成によれば、上記（６）〜（７）と同様の効果を奏する磁気ギアード発電機を提供することができる。

１ 磁極片装置
２ 外周カバー部材
２１ 外周側対面部
２２ 外周側接続部
２３ 外周側連通部
２４ａ 第１筒状部材
２４ｂ 第２筒状部材
３ 内周カバー部材
３１ 内周側対面部
３２ 内周側接続部
３３ 内周側連通部
３４ａ 第１筒状部材
３４ｂ 第２筒状部材
４１ 磁極片
４１ｓ 磁極片の側面
４２ 隣接間空間
５ 外径側磁石界磁
５１ 磁極対
５２ 支持部材
５３ 連通部
６ コイル
７ 内径側磁石界磁
７１ 磁極対
７２ 支持部材
８ 区画部材
９ 磁気歯車
Ｃ 冷却媒体
Ｇ エアギャップ
Ｈ ハウジング
ａ 周方向
ｂ 軸方向
ｃ 径方向
ｌ 軸線

Claims (9)

1. 磁気歯車における内径側磁石界磁と外径側磁石界磁との間に配置される磁極片装置であって、
   前記外径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する外周カバー部材と、
   前記内径側磁石界磁に対向して配置され、円筒状の形状を有する内周カバー部材と、
   前記外周カバー部材と前記内周カバー部材との間に、周方向に間隔を置いて配置された複数の磁極片と、を備え、
   前記外周カバー部材は、前記複数の磁極片の外周面に面する複数の外周側対面部と、隣り合う２つの前記外周側対面部を接続する複数の外周側接続部と、を含み、
   前記内周カバー部材は、前記複数の磁極片の内周面に面する複数の内周側対面部と、隣り合う２つの前記内周側対面部を接続する複数の内周側接続部と、を含み、
   前記複数の外周側接続部の各々は、前記外周カバー部材の内周側と外周側とを連通する外周側連通部を有し、
   前記複数の内周側接続部の各々は、前記内周カバー部材の内周側と外周側とを連通する内周側連通部を有する磁極片装置。
2. 前記複数の外周側接続部は、第１の外周側接続部を含み、
   前記複数の内周側接続部は、前記第１の外周側接続部と対向する第１の内周側接続部を含み、
   前記第１の外周側接続部が有する前記外周側連通部と、前記第１の内周側接続部が有する前記内周側連通部とは、軸方向において互いに異なる位置にある請求項１に記載の磁極片装置。
3. 前記複数の外周側接続部は、第１の外周側接続部を含み、
   前記複数の内周側接続部は、前記第１の外周側接続部と対向する第１の内周側接続部を含み、
   前記第１の外周側接続部が有する前記外周側連通部と、前記第１の内周側接続部が有する前記内周側連通部とは、周方向において互いに異なる位置にある請求項１または２に記載の磁極片装置。
4. 前記外周側連通部または前記内周側連通部の少なくとも一方は、１つ以上の貫通孔を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁極片装置。
5. 前記外周カバー部材または前記内周カバー部材の少なくとも一方は、軸方向において互いに間隔を置いて配置された複数の円筒状の筒状部材で形成されており、
   前記外周側連通部または前記内周側連通部の少なくとも一方は、前記軸方向における前記間隔により形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁極片装置。
6. 内径側磁石界磁と、
   前記内径側磁石界磁に対して外径側に配置される外径側磁石界磁と、
   前記内径側磁石界磁と前記外径側磁石界磁との間に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁極片装置と、を備える磁気歯車。
7. 前記外径側磁石界磁は、前記外径側磁石界磁の内周側と外周側とを連通する連通部を有する請求項６に記載の磁気歯車。
8. 請求項６または７に記載の磁気歯車を備える磁気ギアードモータ。
9. 請求項６または７に記載の磁気歯車を備える磁気ギアード発電機。

Images