JP6020598B2

JP6020598B2 - 磁気ギア装置

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Publication number: JP6020598B2
Application number: JP2014556396A
Authority: JP
Inventors: 弘光大橋; 淳一酢谷; 正裕三田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-12-28
Publication date: 2016-11-02
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Description

本発明は、特定の方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている第１及び第２磁石列と、第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記特定の方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている磁性体列とを備えた磁気ギア装置に関する。

特許文献１及び非特許文献１には磁気ギア装置が開示されている。磁気ギア装置は、周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１可動子及び第２可動子と、該第１可動子及び第２可動子の間に配置してあり、周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている筒状の中間ヨークとを備える。複数の磁性体は、第１可動子及び第２可動子の間隙の略中央に配されている。

国際公開第２００９／０８７４０９号パンフレット

池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁

本願発明者は、中間ヨークの磁性体を第１可動子及び第２可動子の間隙の略中央に配するよりも、低速で回転する可動子側に寄せて配置した方が、トルクの伝達効率が高いという事実を発見した。

本発明に係る磁気ギア装置は、周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、前記磁性体は、前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、更に、前記磁性体列は、前記複数の磁性体を保持しており、前記第１磁石列側と、前記第２磁石列側とを隔てる隔壁を備え、前記複数の磁性体は、前記隔壁に埋没していることを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、前記磁性体は、前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、更に、前記磁性体列は、隣り合う前記複数の磁性体を連結する連結部を備え、前記複数の磁性体及び連結部は一体形成されていることを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、前記連結部と前記第１磁石列との距離は、前記連結部と前記第２磁石列との距離に比べて短いことを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、前記磁性体は、前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、更に、前記第１磁石列は焼結磁石を含み、前記第２磁石列はボンド磁石を含むことを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、前記磁性体列は、前記複数の磁性体を保持しており、前記第１磁石列側と、前記第２磁石列側とを隔てる隔壁を備えることを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、前記複数の磁性体は、前記第２磁石列側に露出するように前記隔壁に保持されていることを特徴とする。

本発明に係る磁気ギア装置は、前記磁性体は、前記第１磁石列側の前記周方向の幅が前記第２磁石列側の前記周方向の幅に比べて長いことを特徴とする。
本発明に係る磁気ギア装置は、前記複数の磁性体は積層鋼板を含むことを特徴とする。

本発明にあっては、第１磁石列が高速、第２磁石列が低速で回転又は移動する場合、複数の磁性体は、高速側の第１磁石列に比べて、低速側の第２磁石列側寄りに配されている。後述するように、複数の磁性体を、第１磁石列と、第２磁石列との間隙の略中央部に配する場合に比べて、第１磁石列と、第２磁石列との間で伝達させるトルクは大きい。
対向方向における第１磁石列と第２磁石列との間隔が同じでかつ磁性体の厚さが同じ場合、つまり該間隔及び厚さが一定の設計値に固定されている場合には、複数の磁性体は低速側にあるほうが良い。
また、磁性体は、第１磁石列側の方が第２磁石列側に比べて周方向に広がっている。例えば、磁性体は、第１磁石列側の周方向の幅が第２磁石列側の周方向の幅に比べて長い。全体として円筒状をなしている磁性体列においては、磁性体列が回転し、各磁性体を径方向外側へ移動させる遠心力が働いたとしても、各磁性体には遠心力に抗する力が働く。また、磁性体例は第２磁石列側寄りに配されているため、径方向外側方向の吸引力が磁性体に働くが、該磁性体には該吸引力に抗する力が働く。
従って、遠心力又は吸引力によって磁性体が径方向外側へ引っ張られないようにするために磁性体列の外周側にカバーのような保持層を設ける必要は無い。該保持層を設ける必要が無いため、複数の磁性体と、低速側の第２磁石列との径方向の距離をより短くすることが可能である。よって、第１磁石列と、第２磁石列との間で伝達させるトルクをより大きくすることが可能である。

本発明にあっては、第１磁石列側と、第２磁石列側とを隔てる隔壁を備えているため、第１磁石列側の雰囲気と、第２磁石列側の雰囲気とを隔てることが可能である。
上述したように磁性体列が回転して各磁性体に遠心力が働いたとしても、遠心力に抗する力が隔壁から各磁性体に働くため、磁性体が隔壁から外れることを防ぐことが可能である。また同様にして各磁性体には吸引力に抗する力が隔壁から働くため、磁性体が隔壁から外れることを防ぐことが可能である。

本発明にあっては、第１磁石列が高速、第２磁石列が低速で回転又は移動する場合、磁性体列の隔壁から第２磁石列側に磁性体が露出している。従って、磁性体と、第２磁石列との距離を極力短くすることができ、伝達トルクを向上させることが可能である。また、磁性体が第１磁石列側の雰囲気に露出されることを防ぐことが可能である。
また、上述したように磁性体列が回転して各磁性体に遠心力が働いたとしても、遠心力に抗する力が隔壁から各磁性体に働くため、複数の磁性体は、第２磁石列側に露出するように構成しても、隔壁から外れるおそれは無い。また同様にして各磁性体には吸引力に抗する力が隔壁から働くため、複数の磁性体は、第２磁石列側に露出するように構成しても、隔壁から外れるおそれは無い。

本発明にあっては、磁性体は隔壁に埋没しているため、磁性体が第１磁石列側及び第２磁石列側の雰囲気に露出されることを防ぐことが可能である。
上述したように、遠心力によって磁性体が径方向外側へ飛ばされないようにするために磁性体の径方向外側を覆う隔壁部分の厚みを厚くする必要は無い。また同様にして各磁性体には吸引力に抗する力が隔壁から働くため、磁性体の径方向外側を覆う隔壁部分の厚みを厚くする必要は無い。磁性体の径方向外側を覆う隔壁部分の厚みを薄くすることにより、低速側の第２磁石列との径方向の距離をより短くすることが可能であり、第１磁石列と、第２磁石列との間で伝達させるトルクをより大きくすることが可能である。

本発明にあっては、複数の磁性体は連結部で連結してあり、一体形成されるため、磁性体列の配列が容易である。
また、上述したように磁性体列が回転して各磁性体に遠心力が働いたとしても、遠心力に抗する力が隔壁から各磁性体に働く。また同様にして各磁性体には吸引力に抗する力が隔壁から働く。従って、磁性体と、連結部との接続部分に働く遠心力に係る力を低減することが可能である。よって、磁性体と、連結部との接続部分の破断等を防ぐことが可能である。

本発明にあっては、第１磁石列が高速、第２磁石列が低速で回転又は移動する場合、連結部と第１磁石列との距離は、連結部と第２磁石列との距離に比べて短いため、連結部は磁気的に飽和する。このため、伝達力に寄与しない無効磁束の割合が減少する。

本発明にあっては、磁性体に渦電流が発生しにくい。

本発明にあっては、渦電流が発生しやすい低速側をボンド磁石で構成し、渦電流が発生しにくい高速側を焼結磁石で構成している。焼結磁石はボンド磁石に比べて磁力が大きいため、この組み合わせにより、渦電流による損失を抑えつつ、伝達トルクを担保することができる。

本発明によれば、第１磁石列と、第２磁石列との間隙の略中央に磁性体列を配する場合に比べて、第１磁石列と、第２磁石列と、磁性体列との間で伝達される力を向上させることができる。

本実施の形態１に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。磁気ギア装置の伝達トルクに関するシミュレーション結果を示したグラフである。変形例１に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例２に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例３に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例４に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例５に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例６に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例７に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例８に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。実施の形態２に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。実施の形態３に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図である。実施の形態３に係る磁気ギア装置の側断面図である。実施の形態４に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図である。実施の形態４に係る磁気ギア装置の側断面図である。実施の形態５に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図である。実施の形態５に係る磁気ギア装置の側断面図である。

（実施の形態１）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態１に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。本発明の実施の形態１に係る磁気ギア装置は、回転円筒型であり、円筒状の第１可動子１と、該第１可動子１の外側に間隙を有して同軸に配された円筒状の第２可動子３と、第１可動子１及び第２可動子３の間に間隙を有して同軸に配された円筒状の中間ヨーク２とを備える。

第１可動子１は、磁性体材料からなる内側円筒部１１を有し、内側円筒部１１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石１２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石１２ｂからなる磁極対１２が円周方向に沿って略等間隔に３個配置されている。
第２可動子３は、磁性体材料からなる外側円筒部３１を有し、外側円筒部３１の内周面には、厚さ方向に着磁された内周面側Ｎ極の磁石３２ａ及び内周面側Ｓ極の磁石３２ｂからなる磁極対３２が円周方向に沿って略等間隔に７個配置されている。ここで厚さ方向に着磁された磁石とは、外周面側及び内周面側が異極となるよう着磁されていることを意味する。例えば、磁石１２ａは、外周面側及び内周面側夫々がＮ極及びＳ極に着磁され、磁石１２ｂは、外周面側及び内周面側夫々がＳ極及びＮ極に着磁されている。
また、渦電流の発生する割合は、低速回転側の方が高速回転側に比べて大きいため、磁極対１２，３２を希土類―遷移金属系磁石（例えばＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系磁石等）で形成する場合、第１可動子１側の磁極対１２を焼結磁石で構成し、第２可動子３側の磁極対３２をボンド磁石で構成すると良い。ボンド磁石は、微小な磁石粒ないしは微粉を樹脂等のバインダと混ぜ合わせて、成型固化したものであり、渦電流の発生を低減することが可能である。焼結磁石は、いわゆる粉末冶金法によって作られる磁石であり、ボンド磁石に比べて、渦電流損が大きいが、磁力が強いという性質を有する。従って、このように、構成することによって、第１可動子１と、第２可動子３との間に働く力を担保しつつ、渦電流の発生を極力抑えることができる。
なお磁極対１２，３２として酸化物磁石（例えばフェライト磁石）を用いる場合には渦電流の発生は極めて少ないため組立て効率やコスト等を考慮し第１可動子と第２可動子にどのような製法の磁石を配置するかは適宜設定すれば良い。

中間ヨーク２は、第１可動子１側と、第２可動子３側を隔てると共に、第１可動子１及び第２可動子３夫々が有する磁極対１２及び磁極対３２の個数３及び７の合計となる１０個の磁性体２２を保持する円筒状の隔壁２１を備え、隔壁２１には、１０個の磁性体２２が円周方向に沿って略等間隔に配されている。また、隔壁２１は、各磁性体２２と第２可動子３との径方向における距離が、各磁性体２２と第１可動子１との距離に比べて短くなるように磁性体２２を保持している。具体的には、磁性体２２は、円筒の一部を長手方向に沿って切断したような形状をなし、隔壁２１は各磁性体２２が嵌り込むような凹部を外周面に有している。中間ヨーク２は、第１可動子１と、第２可動子３との間隙の略中央部に配されており、各磁性体２２が第２可動子３側に露出するように隔壁２１の外周面に嵌り込んでいる。なお、必要に応じて、磁性体２２の第２可動子３側の表面をコーティングしても良い。
各磁性体２２は、第１可動子１側の方が第２可動子３側に比べて周方向に広がっている。例えば、磁性体２２は、軸方向の断面が扇状をなし、第１可動子１側の周方向の幅が第２可動子３側の周方向の幅に比べて長くなるように形成されている。
中間ヨーク２は、例えば円筒状に形成された樹脂に各磁性体２２を固定して作製される（例えば、国際公開第２００９／０８７４０８号パンフレット参照）。中間ヨーク２には、磁極対３２により発生した３次調波成分、７次調波成分及び１３次調波成分を含む交番磁界が径方向に沿って交差する。磁性体２２には、例えば、磁性金属、積層した複数の磁性板からなる積層鋼板及び磁性粉の圧粉体等からなる軟磁性体を用いるとよい。特に、磁性体２２の材質としては、渦電流損を抑えることができるため、積層鋼板が好ましい。

第２可動子３が回転した場合、第１可動子１及び第２可動子３夫々が有する磁極対１２，３２間の磁気的相互作用により、第１可動子１が回転する。この場合、第２可動子３よりも磁極数の少ない第１可動子１は、第２可動子３よりも高い回転数で、第２可動子３の回転方向と逆方向に回転する（池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁参照）。第１可動子１に配置してある磁極対の個数Ｐｈと、第２可動子３に配置してある磁極対の個数Ｐｌとの比Ｐｈ／Ｐｌが第２可動子３に対する第１可動子１のギア比となる。そして、第２可動子３が左回りに１回転した場合、第１可動子１が右回りに７／３回転する。

次に、磁性体２２の配置と、磁気ギア装置における伝達トルクとの関係を説明する。
図２は、磁気ギア装置の伝達トルクに関するシミュレーション結果を示したグラフである。本シミュレーションの実施条件は以下の通りである。第１可動子１が有する磁極対１２の数を７対、中間ヨーク２が有する磁性体２２の数を２６個、第２可動子３が有する磁極対３２の数を１９対とする。磁性体２２の径方向の幅は３ｍｍ、周方向の幅は約４ｍｍである。そして、第２可動子３及び中間ヨーク２を固定し、第１可動子１を回転させた場合に、第１可動子１及び第２可動子３と、中間ヨーク２との間に働くトルクをシミュレーションした。図２に示したグラフの横軸は第１可動子１の位相、縦軸は第１及び第２可動子１，３と、中間ヨーク２との間に働くトルクを示している。
実線は第２可動子３と、中間ヨーク２との間に働くトルクを示し、破線は第１可動子１と、中間ヨーク２との間に働くトルクを示している。また、太線のグラフは、第１可動子１と、中間ヨーク２との間隙が２ｍｍ、第２可動子３と、中間ヨーク２との間隙が１ｍｍである場合のトルクを示している（以下、パターン１という）。中太線のグラフは、第１可動子１と、中間ヨーク２との間隙が１．５ｍｍ、第２可動子３と、中間ヨーク２との間隙が１．５ｍｍである場合のトルクを示している（以下、パターン２という）。細線のグラフは、第１可動子１と、中間ヨーク２との間隙が１ｍｍ、第２可動子３と、中間ヨーク２との間隙が２ｍｍである場合のトルクを示している（以下、パターン３という）。
図２に示すように、パターン１の結果が最も良好であり、第１可動子１、第２可動子３及び中間ヨーク２の間に働くトルクが最大である。パターン１は磁性体２２を、短ピッチで磁極対３２が配された第２可動子３側に寄せて配置した場合の結果である。逆に、パターン３の結果が最も悪く、第１可動子１、第２可動子３及び中間ヨーク２の間に働くトルクが最小である。パターン３は磁性体２２を、長ピッチで磁極対１２が配された第１可動子１側に寄せて配置した場合の結果である。

以上のシミュレーション結果から分かるように、磁性体２２を、短ピッチで磁極対３２が配された第２可動子３側に寄せて配置した場合の方が、第１可動子１及び第２可動子３の間隙の中央に磁性体２２を配置した場合、又は磁性体２２を第１可動子１側に配置した場合に比べて、伝達トルクを向上させることができる。

磁性体２２を短ピッチで磁極対３２が配された第２可動子３側に寄せて配置した方が、伝達トルクが向上する原理は以下の通りである。高速回転側の第１可動子１の磁極対１２は、低速回転側の第２可動子３に比べて、長ピッチである。高速回転側の長ピッチで配された磁石１２ａ，１２ｂからの磁束は、低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂに比べて、より大きく広がって、強い磁力が第２可動子３まで達するが、短ピッチで配された低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂからの磁束は第２可動子３の近傍で閉じてしまい、強い磁力が第１可動子１まで達しない傾向がある。従って、中間ヨーク２の磁性体２２によって、磁石１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂからの磁束に変調をかける場合、低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂ側に寄せて磁性体２２を配して、磁束の変調をおこなった方が、近傍で閉じてしまう低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂに起因する磁束と、遠くに達する高速回転側の磁石１２ａ，１２ｂに起因する磁束との両方の作用を受けて、より強力に磁束の変調がかけられ、その結果、より大きなトルク伝達が可能になると考えられている。

実施の形態１に係る磁気ギア装置にあっては、第１可動子１と、第２可動子３との間隙の略中央に磁性体２２を配する場合に比べて、第１可動子１と、第２可動子３との間で伝達されるトルクを向上させることができる。

また、磁性体２２は、第１可動子１側の周方向の幅が第２可動子３側の周方向の幅に比べて長くなるように形成されているため、中間ヨーク２が回転し、各磁性体２２を径方向外側へ移動させる遠心力が働いたとしても、各磁性体２２には隔壁２１から遠心力に抗する力が働く。また、磁性体２２は第２可動子３寄りに配されているため、径方向外側方向の吸引力が磁性体２２に働くが、該磁性体２２には隔壁２１から該吸引力に抗する力が働く。このため、中間ヨーク２の外周面に磁性体２２を保持する保持構造を設けることなく、磁性体２２が遠心力又は吸引力によって隔壁２１から外れることを防止することができる。
従って、磁性体２２と、低速側の第２可動子３との径方向の距離をより短くすることが可能であり、第１可動子１と、第２可動子３との間で伝達させるトルクをより大きくすることができる。
なお、図１に示した磁性体２２の形状は一例であり、第１可動子１側の方が第２可動子３側に比べて周方向に広がっていれば、磁性体２２の形状は特に限定されない。つまり、第１可動子１側における磁性体２２の周方向の両端部が中間ヨーク２の中心軸に対してなす角度を、第２可動子３側における磁性体２２の周方向の両端部が中間ヨーク２の中心軸に対してなす角度に比べて大きくなるように構成すれば良い。なお、前記角度は、磁性体２２の周方向の一端と、前記中心軸とを結ぶ直線と、磁性体２２の周方向の他端と、前記中心軸とを結ぶ直線とがなす角度である。

更に、一般的に、中間ヨーク２と、第１可動子１及び第２可動子３との間に働く空気摩擦抵抗は、各部材の相対速度が大きくなる程、大きくなるところ、中間ヨーク２は、低速回転する第２可動子３側に寄せて配置しているため、空気摩擦抵抗という観点からも好ましく、伝達トルクを向上させることができる。

なお、実施の形態１では、内側の磁石列、外側の磁石列を可動子とした磁気ギア装置を説明したが、内側又は外側の磁石列を固定し、中間ヨーク２を回転させるように構成しても良い。

（変形例１）
図３は、変形例１に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例１に係る磁気ギア装置は、中間ヨーク１０２の隔壁１２１に磁性体１２２が埋没している点が実施の形態１と異なる。

変形例１にあっては、磁性体１２２が第１可動子１側と、第２可動子３側とのいずれにも露出しないため、第１可動子１側の雰囲気及び第２可動子３側の雰囲気から磁性体１２２を遮断することができる。

また、中間ヨーク１０２が回転し、各磁性体１２２を径方向外側へ移動させる遠心力が働いたとしても、また第２可動子３の磁力によって磁性体１２２に径方向外側の吸引力が働いたとしても、各磁性体１２２には隔壁１２１から遠心力に抗する力が働くため、遠心力によって磁性体１２２が径方向外側へ飛ばされないようにするために磁性体１２２の外周を覆う隔壁１２１部分の厚みを厚くする必要は無い。従って、磁性体１２２の外周側の隔壁１２１の厚みを薄くし、第１可動子１と、第２可動子３との間で伝達させるトルクをより大きくすることができる。

（変形例２）
図４は、変形例２に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例２に係る磁気ギア装置は、隣り合う複数の磁性体２２２同士が連結部２２２ａによって連結されている点が実施の形態１と異なる。連結部２２２ａは、磁性体２２２よりも径方向の幅が薄い板材であり、複数の磁性体２２２と共に一体形成されている。

変形例２にあっては、中間ヨーク２０２を製造する際、円周方向に略等間隔に配列した複数の磁性体２２２を連結部２２２ａで連結した状態で形成するため、各磁性体２２２を隔壁２２１に配列させる作業を省略することができ、効率的に製造することができる。

また、中間ヨーク２０２が回転し、各磁性体２２２を径方向外側へ移動させる遠心力が働いたとしても、また第２可動子３の磁力によって磁性体２２２に径方向外側の吸引力が働いたとしても、各磁性体２２２には隔壁２２１から遠心力に抗する力が働くため、磁性体２２２と、連結部２２２ａとの接続部分に働く遠心力に係る力を低減することが可能である。従って、磁性体２２２と、連結部２２２ａとの接続部分の破断等を防ぐことができる。

（変形例３）
図５は、変形例３に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例３に係る磁気ギア装置は、中間ヨーク３０２における隣り合う複数の磁性体３２２同士が連結部３２２ａによって連結され、かつ磁性体３２２及び連結部３２２ａが隔壁３２１に埋没している点が実施の形態１と異なる。連結部３２２ａは、磁性体３２２よりも径方向の幅が薄い板材であり、複数の磁性体３２２と共に一体形成されている。

変形例３にあっては、磁性体３２２及び連結部３２２ａが第１可動子１側と、第２可動子３側とのいずれにも露出しないため、第１可動子１側の雰囲気及び第２可動子３側の雰囲気から磁性体３２２及び連結部３２２ａを遮断することができる。

（変形例４）
図６は、変形例４に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例４に係る磁気ギア装置は、隣り合う複数の磁性体４２２同士が連結部４２２ａによって連結され、かつ連結部４２２ａが高速回転側の第１可動子１寄りに配されている点が実施の形態１と異なる。連結部４２２ａは、磁性体４２２よりも径方向の幅が薄い円筒状の板材であり、複数の磁性体４２２と共に一体形成されている。
なお、連結部４２２ａを中間ヨーク４０２の中心軸方向の両端に亘るように形成することによって、連結部４２２ａ及び磁性体４２２が、第１可動子１及び第２可動子３を隔てる隔壁として機能する。この場合においても、各磁性体４２２の位置関係を保持するために保持部材４２１が、各磁性体４２２の間に設けられる。なお、磁性体４２２同士を連結する連結部４２２ａの強度的な問題が無ければ、保持部材４２１を廃しても良い。

変形例４にあっては、連結部４２２ａと第１可動子１との径方向の距離は、連結部４２２ａと第２可動子３との距離に比べて短いため、磁気ギア装置の伝達トルクを向上させることができる。
連結部４２２ａを高速回転側の第１可動子１側に寄せて配置した方が好ましい理由は以下の通りである。高速回転側の第１可動子１の磁極対１２は、低速回転側の第２可動子３に比べて、長ピッチである。高速回転側の長ピッチで配された磁石１２ａ，１２ｂからの磁束の量は、低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂに比べて大きい傾向がある。
ここで、磁性体４２２同士を連結する連結部４２２ａは、磁石から見ると短絡磁路に相当する。短絡した磁束は高速回転側の磁石１２ａ，１２ｂと、低速回転側の磁石３２ａ，３２ｂとの相互作用に寄与しない無効磁束となる。無効磁束量はなるべく小さい方が良い。ところで、短絡磁束は連結部４２２ａの磁束が飽和するまで流れ込む。即ち、連結部４２２ａによって発生する無効磁束量は、連結部４２２ａの断面積によって定まる一定の値であるため、磁性体４２２に対向する磁石の磁束量が大きい程、該磁束量に対する無効磁束量の比率が小さくなる。従って、長ピッチで配された磁極対３２側に連結部４２２ａを配置し、磁石１２ａ，１２ｂからの磁束で連結部４２２ａを磁気的に飽和させることで、無効磁束の割合を小さくし、伝達トルクの低下を防止することが可能になる。

（変形例５）
図７は、変形例５に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例５に係る磁気ギア装置は、中間ヨーク５０２における隣り合う複数の磁性体５２２同士が連結部５２２ａによって連結され、かつ連結部５２２ａが高速回転側の第１可動子１寄りに配されており、更に、磁性体５２２及び連結部５２２ａが隔壁５２１に埋没している点が実施の形態１と異なる。連結部５２２ａは、磁性体５２２よりも径方向の幅が薄い円筒状の板材であり、複数の磁性体５２２と共に一体形成されている。

変形例５にあっては、第１可動子１側の雰囲気及び第２可動子３側の雰囲気から磁性体５２２及び連結部５２２ａを遮断することができる。また、上述したように、磁気ギア装置の伝達トルクを向上させることができる。

（変形例６）
図８は、変形例６に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例６に係る磁気ギア装置は、中間ヨーク６０２における複数の各磁性体６２２が円周方向に沿って略等間隔に配されるように保持部材６２１によって保持されており、各磁性体６２２は第１可動子１側及び第２可動子３側の双方に露出している点が実施の形態１と異なる。この場合においても、磁性体６２２が低速回転側の第２可動子３側に寄せて配することによって、磁気ギア装置の伝達トルクを向上させることができる。

（変形例７）
変形例７は、本件発明の関連発明である。変形例７においては、磁性体の軸方向断面が扇型であるものとして説明する。
図９は、変形例７に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例７に係る磁気ギア装置は、第１可動子７０１が低速回転、第２可動子７０３が高速回転するように構成されている点が実施の形態１と異なる。

第１可動子７０１は、磁性体材料からなる内側円筒部７１１を有し、内側円筒部７１１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石７１２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石７１２ｂからなる磁極対７１２が円周方向に沿って略等間隔に７個配置されている。第２可動子７０３は、磁性体材料からなる外側円筒部７３１を有し、外側円筒部７３１の内周面には、厚さ方向に着磁された内周面側Ｎ極の磁石７３２ａ及び内周面側Ｓ極の磁石７３２ｂからなる磁極対７３２が円周方向に沿って略等間隔に３個配置されている。中間ヨーク７０２は、第１可動子７０１側と、第２可動子７０３側を隔てると共に、１０個の磁性体７２２を保持する円筒状の隔壁７２１を備え、隔壁７２１には、１０個の磁性体７２２が円周方向に沿って略等間隔に配されている。また、隔壁７２１は、各磁性体７２２と第１可動子７０１との径方向における距離が、各磁性体７２２と第２可動子７０３との距離に比べて短くなるように磁性体７２２を保持している。つまり、各磁性体７２２は、低速回転側の第１可動子７０１寄りに配されている。

変形例７にあっては、実施の形態１と同様、第１可動子７０１と、第２可動子７０３との間隙の略中央に磁性体７２２を配する場合に比べて、第１可動子７０１と、第２可動子７０３との間で伝達されるトルクを向上させることができる。

（変形例８）
変形例８は、本件発明の関連発明である。変形例８においては、磁性体の軸方向断面が扇型であるものとして説明する。
図１０は、変形例８に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。変形例８に係る磁気ギア装置は、変形例７と同様、第１可動子８０１が低速回転、第２可動子８０３が高速回転するように構成されており、更に、各磁性体８２２同士が連結部８２２ａで連結され、かつ該連結部８２２ａが高速回転側の第２可動子８０３寄りに配されている点が実施の形態１と異なる。

第１可動子８０１は、磁性体材料からなる内側円筒部８１１を有し、内側円筒部８１１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石８１２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石８１２ｂからなる磁極対８１２が円周方向に沿って略等間隔に７個配置されている。第２可動子８０３は、磁性体材料からなる外側円筒部８３１を有し、外側円筒部８３１の内周面には、厚さ方向に着磁された内周面側Ｎ極の磁石８３２ａ及び内周面側Ｓ極の磁石８３２ｂからなる磁極対８３２が円周方向に沿って略等間隔に３個配置されている。中間ヨーク８０２は、連結部８２２ａで連結された１０個の磁性体８２２が円周方向に沿って略等間隔に配されている。各磁性体８２２の間には、各磁性体８２２の位置関係を保持する保持部材８２１が設けられている。各磁性体８２２と第１可動子８０１との径方向における距離が、各磁性体８２２と第２可動子８０３との距離に比べて短くなるように磁性体８２２を保持している。つまり、各磁性体８２２は、低速回転側の第１可動子８０１寄りに配されている。

変形例８にあっては、実施の形態１及び変形例１と同様、第１可動子８０１と、第２可動子８０３との間隙の略中央に磁性体８２２を配する場合に比べて、第１可動子８０１と、第２可動子８０３との間で伝達されるトルクを向上させることができる。
なお、変形例７，８では、第１可動子７０１、８０１を低速回転するように構成する例において、実施の形態１と、変形例４に対応する構成を説明したが、言うまでもなく、その他変形例１〜３、５、６に対応する構成を適用することもできる。
（実施の形態２）

図１１は、実施の形態２に係る磁気ギア装置の一構成例を示した側断面図である。実施の形態２では、ポンプにトルクコンバータとしての磁気ギア装置を適用した例を説明する。実施の形態２に係るポンプは、一方の側壁が円筒状に窪んだ略有底円筒状の筐体４を備える。筐体４は、筒体４２と、該筒体４２の一方の開口を閉鎖している側壁大円板部４１と、該筒体４２の他方側に設けられた円環部４３と、円環部４３の内周縁から筒体４２の長手方向中央側へ延設された円筒状の隔壁４４と、隔壁４４の前記中央側を塞ぐように設けられた側壁小円板部４５とを有する。側壁大円板部４１には流体が流入する流入口４１ａが形成され、筒体４２の適宜箇所に流体が流出する流出口４２ａが設けられている。

筐体４を構成している隔壁４４の内周側及び外周側にはそれぞれ円筒状の第１可動子５と、第２可動子６とが、隔壁４４と同軸に配され、後述する磁性体４６と共に回転円筒型の磁気ギア装置を構成している。

第１可動子５は、隔壁４４よりも小径の内側円筒部５１を有し、実施の形態１と同様、内側円筒部５１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石及び外周面側Ｓ極の磁石からなる磁極対５２が円周方向に沿って略等間隔に３個配置されている。内側円筒部５１には、モータ７の入力軸７１が挿入され固定されている。
第２可動子６は、隔壁４４よりも大径の外側円筒部６１を有し、外側円筒部６１の内周面には、厚さ方向に着磁された内周面側Ｎ極の磁石及び内周面側Ｓ極の磁石からなる磁極対６２が円周方向に沿って略等間隔に７個配置されている。外側円筒部６１の一端側、即ち、側壁大円板部４１側には回転円板部６３が設けられており、回転円板部６３の略中央部には、入力軸７１と回転軸が一致するように出力軸６４が設けられている。出力軸６４の先端には回転翼８が設けられている。

隔壁４４の内部には、１０個の磁性体４６が埋没しており、各磁性体４６は円周方向に沿って略等間隔に配されている。また、隔壁４４は、各磁性体４６と第２可動子６との径方向における距離が、各磁性体４６と第１可動子５との距離に比べて短くなるように磁性体４６を保持している。また、磁性体４６の形状は、実施の形態１と同様、第１可動子５側の方が第２可動子６の磁極対６２側に比べて周方向に広がっている。例えば、磁性体４６は、軸方向の断面が扇状をなし、第１可動子５側の周方向の幅が第２可動子６の磁極対６２側の周方向の幅に比べて長くなるように形成されている。内部に磁性体４６を配した隔壁４４は、中間ヨークとして機能している。

このように構成されたポンプによれば、モータ７のトルクを第１可動子５から第２可動子６へ減速伝達することができる。また、隔壁４４によって、第１可動子５側と、第２可動子６側とが完全に隔離されているため、第１可動子５側のモータ７が、第２可動子６側の流体に晒されることを防ぐことができる。更に、本実施の形態２では、磁性体４６が低速回転側の第２可動子６寄りに配されているため、磁性体４６を隔壁４４の略中央部に配した従来技術に比べて、伝達トルクを向上させることができる。

以下、本件発明の関連発明を説明する。
（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図、図１３は、実施の形態３に係る磁気ギア装置の側断面図である。実施の形態３に係る磁気ギア装置は円板形であり、円板状の第１可動子３００１と、該第１可動子３００１の上方に間隙を有して同軸に配された円板状の第２可動子３００３と、第１可動子３００１及び第２可動子３００３の間に間隙を有して同軸に配された円板状の中間ヨーク３００２とを備える。

第１可動子３００１は、磁性体材料からなる第１円板３０１１を有し、第１円板３０１１の上面には、上側Ｎ極の磁石３０１２ａ及び上側Ｓ極の磁石３０１２ｂからなる磁極対３０１２が円周方向に沿って略等間隔に６個配置されている。
第２可動子３００３は、磁性体材料からなる第２円板３０３１を有し、第２円板３０３１の下面には、下側Ｎ極の磁石３０３２ａ及び下側Ｓ極の磁石３０３２ｂからなる磁極対３０３２が円周方向に沿って略等間隔に１４個配置されている。

中間ヨーク３００２は、第１可動子３００１及び第２可動子３００３夫々が有する磁極対３０１２及び磁極対３０３２の個数６及び１４の合計となる２０個の磁性体３０２２を保持する円盤状の保持部材３０２１を備え、保持部材３０２１には、２０個の磁性体３０２２が円周方向に沿って略等間隔に配されている。また、保持部材３０２１は、各磁性体３０２２と第２可動子３００３との回転軸方向における距離が、各磁性体３０２２と第１可動子３００１との距離に比べて短くなるように磁性体３０２２を保持している。

実施の形態３のように構成された磁気ギア装置においても実施の形態１と同様の効果を奏する。また、変形例１〜８の技術的思想を実施の形態３に係る磁気ギア装置に適用することも可能である。

（実施の形態４）
図１４は、実施の形態４に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図、図１５は、実施の形態４に係る磁気ギア装置の側断面図である。実施の形態４に係る磁気ギア装置は各構成部材が長尺板状のリニア型であり、長尺板状の第１可動子４００１と、該第１可動子４００１の上方に間隙を有して配された長尺板状の第２可動子４００３と、第１可動子４００１及び第２可動子４００３の間に間隙を有して配された長尺板状の中間ヨーク４００２とを備える。第１可動子４００１、第２可動子４００３及び中間ヨーク４００２の長手方向は略一致している。

第１可動子４００１は、磁性体材料からなる第１長尺板部４０１１を有し、第１長尺板部４０１１の上面には、上側Ｎ極の磁石４０１２ａ及び上側Ｓ極の磁石４０１２ｂからなる磁極対４０１２が長手方向に沿って、単位距離ΔＬ当たり略等間隔に６個配置されている。
第２可動子４００３は、磁性体材料からなる第２長尺板部４０３１を有し、第２長尺板部４０３１の下面には、下側Ｎ極の磁石４０３２ａ及び下側Ｓ極の磁石４０３２ｂからなる磁極対４０３２が長手方向に沿って、単位距離ΔＬ当たり略等間隔に１４個配置されている。

中間ヨーク４００２は、第１可動子４００１及び第２可動子４００３夫々が有する磁極対４０１２及び磁極対４０３２の個数６及び１４の合計となる２０個の磁性体４０２２を保持する長尺板状の保持部材４０２１を備え、保持部材４０２１には、単位距離ΔＬ当たり２０個の磁性体４０２２が長手方向に沿って略等間隔に配されている。また、保持部材４０２１は、各磁性体４０２２と第２可動子４００３との離隔方向における距離が、各磁性体４０２２と第１可動子４００１との距離に比べて短くなるように磁性体４０２２を保持している。

実施の形態４のように構成された磁気ギア装置においても実施の形態１と同様の効果を奏する。また、変形例１〜８の技術的思想を実施の形態４に係る磁気ギア装置に適用することも可能である。

（実施の形態５）
図１６は、実施の形態５に係る磁気ギア装置の一構成例を示した分解斜視図、図１７は、実施の形態５に係る磁気ギア装置の側断面図である。実施の形態５に係る磁気ギア装置は各構成部材が円筒状のリニア型であり、円筒状の第１可動子５００１と、該第１可動子５００１の外周側に間隙を有して同軸に配された円筒状の第２可動子５００３と、第１可動子５００１及び第２可動子５００３の間に間隙を有して同軸に配された円筒状の中間ヨーク５００２とを備える。

第１可動子５００１は、磁性体材料からなる内側円筒部５０１１を有し、内側円筒部５０１１の外周面には、外側Ｎ極の磁石５０１２ａ及び外側Ｓ極の磁石５０１２ｂからなる磁極対５０１２が中心軸方向に沿って、単位距離ΔＬ当たり略等間隔に６個配置されている。
第２可動子５００３は、磁性体材料からなる外側円筒部５０３１を有し、外側円筒部５０３１の内周面には、内側Ｎ極の磁石５０３２ａ及び内側Ｓ極の磁石５０３２ｂからなる磁極対５０３２が中心軸方向に沿って、単位距離ΔＬ当たり略等間隔に１４個配置されている。

中間ヨーク５００２は、第１可動子５００１及び第２可動子５００３夫々が有する磁極対５０１２及び磁極対５０３２の個数６及び１４の合計となる２０個の磁性体５０２２を保持する筒状の保持部材５０２１を備え、保持部材５０２１には、単位距離ΔＬ当たり２０個の磁性体５０２２が中心軸方向に沿って略等間隔に配されている。また、保持部材５０２１は、各磁性体５０２２と第２可動子５００３との径方向における距離が、各磁性体５０２２と第１可動子５００１との距離に比べて短くなるように磁性体５０２２を保持している。

実施の形態５のように構成された磁気ギア装置においても実施の形態１と同様の効果を奏する。また、変形例１〜８の技術的思想を実施の形態５に係る磁気ギア装置に適用することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１第１可動子
２中間ヨーク
３第２可動子
１１内側円筒部
１２磁極対
２１隔壁
２２磁性体
３１外側円筒部
３２磁極対

Claims

周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、
前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、
前記磁性体は、
前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、
更に、
前記磁性体列は、
前記複数の磁性体を保持しており、前記第１磁石列側と、前記第２磁石列側とを隔てる隔壁を備え、
前記複数の磁性体は、前記隔壁に埋没している
ことを特徴とする磁気ギア装置。
周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、
前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、
前記磁性体は、
前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、
更に、前記磁性体列は、
隣り合う前記複数の磁性体を連結する連結部を備え、前記複数の磁性体及び連結部は一体形成されている
ことを特徴とする磁気ギア装置。
前記連結部と前記第１磁石列との距離は、前記連結部と前記第２磁石列との距離に比べて短いことを特徴とする
請求項２に記載の磁気ギア装置。
周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第１磁石列と、該第１磁石列に対向するように、前記第１磁石列の外側に同軸的に配されており、前記第１磁石列よりも短ピッチで前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁極対がそれぞれ配されている円筒状の第２磁石列と、前記第１磁石列及び第２磁石列間に配置してあり、前記周方向に沿って略等間隔に複数の磁性体がそれぞれ配されている円筒状の磁性体列とを備える磁気ギア装置において、
前記複数の磁性体と前記第２磁石列との距離は、前記複数の磁性体と前記第１磁石列との距離に比べて短く、
前記磁性体は、
前記第１磁石列側の方が前記第２磁石列側に比べて周方向に広がっており、
更に、前記第１磁石列は焼結磁石を含み、
前記第２磁石列はボンド磁石を含む
ことを特徴とする磁気ギア装置。
前記磁性体列は、
前記複数の磁性体を保持しており、前記第１磁石列側と、前記第２磁石列側とを隔てる隔壁を備える
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の磁気ギア装置。
前記複数の磁性体は、前記第２磁石列側に露出するように前記隔壁に保持されている
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気ギア装置。
前記磁性体は、
前記第１磁石列側の前記周方向の幅が前記第２磁石列側の前記周方向の幅に比べて長い
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の磁気ギア装置。
前記複数の磁性体は積層鋼板を含む
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の磁気ギア装置。