JP7291341B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

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。磁気歯車は回転電機の一種である。

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、ケイ素鋼板をベース体として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センターリングとを備え、内径側から外径側に向かってインナー歯車、センターリング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、センターリング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。

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。

特開２０１７－２２５２０９号公報

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

磁気歯車は、インナー歯車とアウター歯車との間でセンターリングを介して相互に磁束が作用して回転伝達が行われる。したがって、アウター歯車およびインナー歯車に設けられた界磁磁石による磁束は径方向に作用することが望ましいが、実際にはケイ素鋼板を通って軸方向に相当の磁束の漏れが発生しており、効率を低下させる要因となっている。特に磁極部の面積が大きいインナー歯車においてこのような磁束の漏れが大きい。このような軸方向の磁束の漏れは他の回転電機においても共通の課題となっている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、界磁磁石による磁束が軸方向に漏れることを抑制することのできる回転電機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、本発明にかかる回転電機は、内周側界磁体と外周側界磁体との間で径方向に磁束を作用させる回転電機において、前記内周側界磁体および前記外周側界磁体の少なくとも一方は、ヨークと、前記ヨークの周方向に配列された複数の界磁磁石と、前記ヨークの軸方向の少なくとも一方の端面に設けられた複数の磁束漏れ抑制磁石と、を有し、前記ヨークには、同極が周方向に対向する向きで隣接する一対の前記界磁磁石によって挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁束漏れ抑制磁石は前記軸方向に着磁され、前記磁極部の端面を覆い、前記磁極部を覆う前記磁束漏れ抑制磁石および前記磁極部を挟む一対の前記界磁磁石は、前記磁極部に対して同極が指向していることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機は、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、前記インナーヨークの軸方向の少なくとも一方の端面に設けられた複数の磁束漏れ抑制磁石と、を有し、前記インナーヨークには、同極が周方向に対向する向きで隣接する一対の前記インナー磁石によって挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁束漏れ抑制磁石は前記軸方向に着磁され、前記磁極部の端面を覆い、前記磁極部を覆う前記磁束漏れ抑制磁石および前記磁極部を挟む一対の前記インナー磁石は、前記磁極部に対して同極が指向していることを特徴とする。

前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面または外周面の少なくとも一方に開口部を有してもよい。

前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していてもよい。

前記磁極部を挟む前記一対の前記インナー磁石は、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるように配置されてもよい。

本発明にかかる回転電機では、軸方向に着磁された磁束漏れ抑制磁石が磁極部の端面を覆っており、磁束漏れ抑制磁石および一対の界磁磁石は磁極部に対して同極が指向していることから界磁磁石による磁束が磁極部から軸方向に漏れることを抑制することができる。

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は、第１の実施形態にかかる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４は、第２の実施形態にかかる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３の実施形態にかかる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６は、実施形態にかかる磁気歯車におけるインナー歯車の一部拡大斜視図である。 図７は、第１の実施形態にかかる磁気歯車でインナー歯車におけるインナー磁石と抑制磁石との極性の向きを示す模式斜視図である。 図８は、漏れ磁束と抑制磁石による磁束との関係を示すグラフである。 図９は、抑制磁石およびその変形例の形状を示す図であり、（ａ）は抑制磁石の形状を示し、（ｂ）は第１の変形例の形状を示し、（ｃ）は第２の変形例の形状を示す図である。 図１０は、実施形態にかかる磁気歯車におけるインナーヨークと２つの円盤の分解斜視図である。 図１１は、第４の実施形態にかかる磁気歯車を示す分解斜視図である。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１２は、第４の実施形態にかかる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正面図である。 図１３は、第４の実施形態にかかる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１４は、第５の実施形態にかかる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１５は、第６の実施形態にかかる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正面図である。 図１６は、解析の比較対象である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正面図である。 図１７は、第４の実施形態にかかる磁気歯車でインナー歯車におけるインナー磁石と抑制磁石との極性の向きを示す模式斜視図である。

以下に、本発明にかかる回転電機の実施形態である磁気歯車１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅおよび１０ｆを図面に基づいて詳細に説明する。なお、回転電機とは電磁的作用を利用した回転機械と解されるが、回転トルクを発生させるのは電気よりも主に磁気の作用である。したがって、電気を用いることなく磁気で動力を伝達させる磁気歯車も当然に回転電機の一種である。前半で磁気歯車１０ａ～１０ｃをまとめて説明し、後半で磁気歯車１０ｄ～１０ｆをまとめて説明する。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。

図１は、本発明にかかる回転電機の第１実施形態である磁気歯車１０ａを示す側面模式断面図である。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、内側および内径方向とは回転軸中心を向く方向で、外側または外径方向とはその逆方向とする。さらに、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（内周側界磁体）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（外周側界磁体）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（界磁磁石）２６ｂとを有する。アウター歯車２６は低速ロータとも呼ばれる。アウター歯車２６のさらに詳細な構成については後述する。なお、磁気歯車１０ａ～１０ｆで用いる磁石は永久磁石である。

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（界磁磁石）１４ｂと、抑制磁石１７とを有する。抑制磁石１７および後述する抑制磁石１１７は、界磁磁石による磁束が軸方向に漏れることを抑制するためのものであるが、本実施例では単に「抑制磁石」と呼ぶ。抑制磁石１７は、インナーヨーク１４ａに対して軸方向両端面にそれぞれ６つずつ設けられている。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。インナー歯車１４のさらに詳細な構成については後述する。

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(図２－２参照)。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。

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。

一方、図２－２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。なお、磁気歯車１０ａ～１０ｆ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。

インナー歯車１４およびアウター歯車２６の構造について図３を参照しながらさらに詳細に説明する。なお、図３～図５では抑制磁石１７を省略している。

図３に示すように、アウターヨーク２６ａおよびインナーヨーク１４ａは筒体であることから、それぞれの内周面および外周面は回転軸中心の円周面であって無駄な凹凸がない。したがって、インナーヨーク１４ａの外周面とセンターリング３０の内周面との隙間は十分に狭く、またアウターヨーク２６ａの内周面とセンターリング３０の外周面との隙間は十分に狭く、それぞれ磁気の力を作用させやすい。

アウター歯車２６のアウターヨーク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。

アウターヨーク２６ａは、アウター磁石孔２６ｃと、磁極部２６ｄと、ブリッジ２６ｅとを有する。アウター磁石孔２６ｃはアウター磁石２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク２６ａの内周面側に開口部２６ｆを有する。

アウター磁石２６ｂはアウター磁石孔２６ｃと同形状であって、開口部２６ｆ以外の３辺はアウター磁石孔２６ｃと隙間なく接しており、その内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致している。なお、図３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。以後、各図における磁石では必要に応じてドット地はＮ極、白地はＳ極を示す。

アウター磁石２６ｂおよびアウター磁石孔２６ｃは矩形でアウターヨーク２６ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。アウター磁石孔２６ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま内側に開口していて開口部２６ｆには凹凸がない。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。アウター磁石２６ｂがアウターヨーク２６ａに対してこのように埋め込まれているアウター歯車２６はＩＰＭ型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、磁石埋め込み型）である。

磁極部２６ｄは周方向の両側を２つのアウター磁石孔２６ｃで挟まれた略矩形である。磁極部２６ｄはアウターヨーク２６ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。磁極部２６ｄは、両側をアウター磁石２６ｂのＳ極で挟まれた箇所がＳ極、両側をＮ極で挟まれた箇所がＮ極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。

ブリッジ２６ｅは隣り合う磁極部２６ｄ同士をアウターヨーク２６ａの外周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ２６ｅにより各磁極部２６ｄが相互に接続され、アウターヨーク２６ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ２６ｅは十分に薄く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部２６ｄの磁束密度が維持される。

インナー歯車１４のインナーヨーク１４ａは軟磁性体であって、円盤形状である。インナーヨーク１４ａは、インナー磁石孔１４ｃと、磁極部１４ｄと、ブリッジ１４ｅとを有する。インナー磁石孔１４ｃはインナー磁石１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク１４ａの外周面側に開口部１４ｆを有する。インナー磁石１４ｂはインナー磁石孔１４ｃと同形状であって、開口部１４ｆ以外の３辺はインナー磁石孔１４ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致している。

インナー磁石１４ｂおよびインナー磁石孔１４ｃは矩形でインナーヨーク１４ａに対して径方向に長尺形状でかつ等角度間隔の放射状配列となっている。インナー磁石孔１４ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に開口していて開口部１４ｆには凹凸がない。インナー磁石１４ｂ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。インナー磁石１４ｂがインナーヨーク１４ａに対してこのように埋め込まれているインナー歯車１４はＩＰＭ型である。

磁極部１４ｄは周方向の両側を２つのインナー磁石孔１４ｃで挟まれた部分であり、内径側が狭くて外径側が広い扇形状である。磁極部１４ｄは、両側をインナー磁石１４ｂのＳ極で挟まれた箇所がＳ極、両側をＮ極で挟まれた箇所がＮ極となり、それぞれ磁束を径方向に指向させる疑似的な磁極として作用する。図３では磁極部１４ｄのうちＮ極となる所を符号１４ｄｎで識別し、Ｓ極となる所を符号１４ｄｓで識別している。

ブリッジ１４ｅは隣り合う磁極部１４ｄ同士をインナーヨーク１４ａの内周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１４ｅにより各磁極部１４ｄが相互に接続され、インナーヨーク１４ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１４ｅは十分に薄く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１４ｄの磁束密度が維持される。

このように、磁気歯車１０ａはそれぞれＩＰＭ型構造のアウター歯車２６とインナー歯車１４とを有する（なお、後述する磁気歯車１０ｂ～１０ｆもＩＰＭ型構造である）。ＩＰＭ型構造では、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。

アウター歯車２６では、アウター磁石孔２６ｃが内周側に開口部２６ｆを有していることから、アウター磁石２６ｂは最大限内側に寄った配置が可能となっており、その内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致していてセンターリング３０の外周面に極めて近い。また、開口部２６ｆが設けられていることから、アウター歯車２６の内周側では各磁極部２６ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部２６ｄは内側方向に特に強い磁束を指向させることができる。

インナー歯車１４では、インナー磁石孔１４ｃが外周側に開口部１４ｆを有していることから、インナー磁石１４ｂは最大限外側に寄った配置が可能となっており、その外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致していてセンターリング３０の内周面に極めて近い。また、開口部１４ｆが設けられていることから、インナー歯車１４の外周側では各磁極部１４ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。したがって、磁極部１４ｄは外側方向に特に強い磁束を指向させることができる。このような構成によりインナー歯車１４およびアウター歯車２６は、センターリング３０を介し相手側に対して相互に強い磁力を作用させることができる。

また、アウター磁石２６ｂをアウター磁石孔２６ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部２６ｆから径方向に挿入してもよい。同様にインナー磁石１４ｂをインナー磁石孔１４ｃに挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または開口部１４ｆから径方向に挿入してもよく、それぞれ組立の自由度が増す。

なお、アウター磁石２６ｂの内側端部は開口部２６ｆの縁２６ｇと一致し、インナー磁石１４ｂの外側端部は開口部１４ｆの縁１４ｇと一致しているが、ここでいう一致とは厳密な意味ではなくおおよそ等しい位置にあればよい。例えば、アウター磁石２６ｂおよびインナー磁石１４ｂは、アウターヨーク２６ａの内周面およびインナーヨーク１４ａの外周面から突出してしまうとセンターリング３０に干渉する懸念があることから、寸法誤差や組立誤差を考慮し余裕をみてやや短めに設定するということも、ここでいう一致と同義である。

このように構成される磁気歯車１０ａでは、アウター歯車２６およびインナー歯車１４がそれぞれＩＰＭ型であることから伝達可能トルクが大きくなる。また、アウター磁石孔２６ｃが内周側に開口する形状であって、その体積分だけアウター磁石２６ｂを大きくすることができて強い磁力が得られる。同様にインナー磁石孔１４ｃが外周側に開口する形状であって、その体積分だけインナー磁石１４ｂを大きくすることができて強い磁力が得られる。その結果、伝達トルクを増大させることができる。

磁気歯車１０ａはこのような特徴があり、本願発明者が解析した結果から、次に述べる第２実施形態にかかる磁気歯車１０ｂと比較して最大伝達トルクが２１％高く、効率も若干高いことが確認された。ただし、この解析は抑制磁石１７（図１参照）を省略した状態で行った。

次に、第２の実施形態にかかる磁気歯車１０ｂについて図４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～１０ｆおよび磁気歯車１００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を省略する。

図４に示すように、磁気歯車１０ｂは上記のアウター歯車２６に代えてアウター歯車４２が設けられるとともに、上記のインナー歯車１４に代えてインナー歯車４４が設けられている。アウター歯車４２はアウターヨーク４２ａと、アウター磁石（界磁磁石）４２ｂとを有する。アウター磁石４２ｂは上記のアウター磁石２６ｂと同じものであり、同数、同角度配置である。アウターヨーク４２ａは、上記のアウターヨーク２６ａと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。アウターヨーク４２ａはアウター磁石孔４２ｃと、磁極部４２ｄと、ブリッジ４２ｅとを有する。磁極部４２ｄは上記の磁極部２６ｄと同形状である。アウター磁石孔４２ｃはアウター磁石４２ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク４２ａの外周面側に開口部４２ｆを有する。アウター磁石４２ｂはアウター磁石孔４２ｃと同形状であって、開口部４２ｆ以外の３辺はアウター磁石孔４２ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部４２ｆの縁４２ｇと一致している。このような構成によりアウター磁石４２ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４２ｆが設けられていることから、アウター歯車４２の外周側では各磁極部２６ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。

ブリッジ４２ｅは隣り合う磁極部４２ｄ同士をアウターヨーク４２ａの内周部で接続する薄い部分である。ブリッジ４２ｅにより各磁極部４２ｄが相互に接続され、アウターヨーク４２ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ４２ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部４２ｄの磁束密度が維持される。

また、アウターヨーク４２ａの外周面はケーシング２４の内周面に固定されていることから強度が確保されている。したがって、アウターヨーク４２ａは内周面側の強度がブリッジ４２ｅで確保されるとともに外周面側の強度がケーシング２４で確保されることになり、高速回転に適するとともに耐振動性に優れる。

インナー歯車４４はインナーヨーク４４ａと、インナー磁石（界磁磁石）４４ｂとを有する。インナー磁石４４ｂは上記のインナー磁石１４ｂと同じものであり、同数、同角度配置である。インナーヨーク４４ａは、上記のインナーヨーク１４ａと材質、内径、外径および軸方向幅が同一である。インナーヨーク４４ａはインナー磁石孔４４ｃと、磁極部４４ｄと、ブリッジ４４ｅとを有する。磁極部４４ｄは上記の磁極部１４ｄと同形状である。インナー磁石孔４４ｃはインナー磁石４４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク４４ａの内周面側に開口部４４ｆおよび一対の抜止突起４４ｈを有する。インナー磁石４４ｂはインナー磁石孔４４ｃと同形状であって開口部４４ｆ以外の３辺はインナー磁石孔４４ｃと隙間なく接している。このような構成によりインナー磁石４４ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部４４ｆが設けられていることから、インナー歯車４４の内周側では各磁極部４４ｄが相互接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。

抜止突起４４ｈは、開口部４４ｆをやや狭めるように周方向両端に設けられた小さい突起であり、インナー磁石４４ｂを内周端から接することにより安定して保持する。インナー磁石４４ｂはアウター磁石４２ｂよりも大きいが、抜止突起４４ｈにより確実に保持される。また、抜止突起４４ｈを設けることにより、インナー磁石４４ｂの内径側はインナーヨーク４４ａの内周面よりもやや外径側に寄った位置に設定される。これにより、インナー磁石４４ｂの内径側端面を直線形状としてもインナーヨーク４４ａの内周側に設けられたコア４６との干渉を回避することができる。

なお、条件によっては抜止突起４４ｈを省略し、インナー磁石４４ｂを内径側に向かってやや大きく設定し、仮想線で示すようにその内側端部４４ｊを開口部４４ｆの縁４４ｇと一致させてもよい。このような構成によりインナー磁石４４ｂを一層大きくすることができ、強い磁力が得られる。この場合、インナー磁石４４ｂの内径側端面はコア４６との干渉を回避するために、該コア４６の外周面に沿った円弧面にするとよい。

上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は設けなくてもよい。すなわち、図５に示す第３の実施径にかかる磁気歯車１０ｃのような構成でもよい。磁気歯車１０ｃでは、アウター磁石孔４８ｃは外径側がブリッジ４８ｅで塞がれ、内径側がブリッジ４８ｆで塞がれていている。また、インナー磁石孔５０ｃは外径側がブリッジ５０ｅで塞がれ、内径側がブリッジ５０ｆで塞がれている。磁気歯車１０ｃにおいてアウター歯車４８、アウターヨーク４８ａ、アウター磁石（界磁磁石）４８ｂ、アウター磁石孔４８ｃ、磁極部４８ｄ，インナー歯車５０、インナーヨーク５０ａ、インナー磁石（界磁磁石）５０ｂ、インナー磁石孔５０ｃ、磁極部５０ｄは、上記のアウター歯車２６、アウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂ、アウター磁石孔２６ｃ、磁極部２６ｄ、インナー歯車１４、インナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、インナー磁石孔１４ｃ、磁極部１４ｄに相当する。このような磁気歯車１０ｃでは、アウター磁石４８ｂおよびインナー磁石５０ｂは四面がアウター磁石孔４８ｃおよびインナー磁石孔５０ｃに接して安定する。また、アウターヨーク４８ａおよびインナーヨーク５０ａは、外周面および内周面がそれぞれ深い切欠孔のない円周面となり強度が強い。

上記の磁気歯車１０ａおよび磁気歯車１０ｂでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は内径側と外径側の両側に設けられていてもよい。図示は省略するが、磁石孔の開口部が各ヨークの外側と内側の両方に設けることにより、アウター磁石やインナー磁石を一層大きくすることができる。この場合、磁極部同士を周方向に接続する部材がないので、軸方向端部で各磁極部を接続し固定するとよい。

次に、抑制磁石１７について説明する。

図６は、実施形態にかかる磁気歯車１０ａのインナー歯車１４の一部拡大斜視図である。図６に示すように、磁気歯車１０ａのインナー歯車１４には、抑制磁石１７が設けられている。上記の通り抑制磁石１７はインナーヨーク１４ａに対して軸方向両端面にそれぞれ６つずつ設けられている（図１参照）。ただし、条件によっては抑制磁石１７（および後述する抑制磁石１１７）をインナーヨーク１４ａに対して軸方向片側面にだけ設けても相応の効果が得られる。

抑制磁石１７は、インナー歯車１４の軸心に近い位置を基準とした扇形の板形状であり、その中心角は６０°である。製造上の都合などによってはこの形状を複数枚の磁石で形成してもよい。抑制磁石１７は、６つの磁極部１４ｄの端面をそれぞれほぼ隙間なく覆っている。抑制磁石１７は磁極部１４ｄに対して接着または所定の締結手段などによって隙間なく固定されている。

上記の通り磁極部１４ｄはインナーヨーク１４ａにおいて、同極が周方向で対向する一対のインナー磁石１４ｂによって挟まれた領域であり、インナー磁石１４ｂのＳ極で挟まれるものが磁極部１４ｄｓ、Ｎ極で挟まれるものが磁極部１４ｄｎとして識別される。

図７は、第１の実施形態にかかる磁気歯車１０ａでインナー歯車１４におけるインナー磁石１４ｂと抑制磁石１７との極性の向きを示す模式斜視図である。図７に示すように、抑制磁石１７はインナーヨーク１４ａの軸方向、つまり抑制磁石１７の板厚方向に着磁されている。

抑制磁石１７は着磁の向きにより２種類に区別される。すなわち、図７で抑制磁石１７ｓとして示すようにＳ極が磁極部１４ｄｓと当接してＮ極が軸に沿って外側を指向するものと、抑制磁石１７ｎとして示すようにＮ極が磁極部１４ｄｎと当接してＳ極が軸に沿って外側を指向するものである。抑制磁石１７ｓと抑制磁石１７ｎとは周方向に沿って交互に設けられている。

磁極部１４ｄｓを覆う抑制磁石１７ｓおよび磁極部１４ｄｓを挟む一対のインナー磁石１４ｂは、それぞれ磁極部１４ｄｓに対してＳ極が指向している。また、磁極部１４ｄｎを覆う抑制磁石１７ｎおよび磁極部１４ｄｎを挟む一対のインナー磁石１４ｂは、それぞれ磁極部１４ｄｎに対してＮ極が指向している。

磁極部１４ｄｓは周方向両側をインナー磁石１４ｂのＳ極で挟まれており、疑似的なＳ極としてアウター歯車２６に対して径方向に磁束を作用させるが、実際には軸方向にも磁束の漏れが生じ得る。ところが、磁極部１４ｄｓの軸方向端面には、Ｓ極同士が向かい合うように抑制磁石１７ｓが設けられている。一方、磁極部１４ｄｎは周方向両側をインナー磁石１４ｂのＮ極で挟まれており、疑似的なＮ極としてアウター歯車２６に対して径方向に磁束を作用させるが、実際には軸方向にも磁束の漏れが生じ得る。ところが、磁極部１４ｄｎの軸方向端面には、Ｎ極同士が向かい合うように抑制磁石１７ｎが設けられている。したがって、磁極部１４ｄｓおよび磁極部１４ｄｎから軸方向への磁束の漏れは抑制・相殺され、結果として径方向への磁束を強めて効率を向上させることができる。これにより、軸方向への磁束の漏れは抑制・相殺されることになり、結果として径方向への磁束を強めて効率を向上させることができる。抑制磁石１７では磁気歯車１０ａはトルク向上の作用もあり、本願発明者の解析によると抑制磁石１７がない場合と比較して最大トルクが約１０％向上する。

図８は、漏れ磁束と抑制磁石１７による磁束との関係を示すグラフである。図８の横軸は抑制磁石１７の厚みであり、縦軸は磁束の強度である。また、「Ｓ」で示すグラフは磁極部１４ｄｓによる軸に沿った外側への漏れ磁束であり、「Ｎ」で示すグラフは抑制磁石１７ｎによる磁束密度である。図８に示すように、「Ｓ」で示す磁極部１４ｄｓによる軸に沿った外側への漏れ磁束はほぼ一定である一方、「Ｎ」で示す抑制磁石１７ｎによる磁束密度は軸方向距離にしたがって増加し、２つのグラフは一点で交わる。したがって、抑制磁石１７の厚みはこの交点で示される値とすれば磁極部１４ｄｓによる漏れ磁束を抑制磁石１７ｓの磁束により相殺することが分かる。磁極部１４ｄｎと抑制磁石１７ｎとによる場合も同様である。

図９は、抑制磁石１７およびその変形例の形状を示す図であり、（ａ）は抑制磁石１７の形状を示し、（ｂ）は第１の変形例である抑制磁石１７ａの形状を示し、（ｃ）は第２の変形例である抑制磁石１７ｂの形状を示す図である。

図９（ａ）に示すように、抑制磁石１７とインナー磁石１４ｂとは周方向に隣接し、互いの周方向端部が一致している。インナー磁石１４ｂは軸方向に露呈している。抑制磁石１７の外周側円弧部はインナーヨーク１４ａの外周端と一致している。抑制磁石１７の内周側円弧部はインナー磁石１４ｂの内周側端部と径方向に関して同じ位置である。このような抑制磁石１７は磁極部１４ｄを十分に覆うことができる。

抑制磁石１７は磁極部１４ｄのほとんど全面を覆うことが望ましいが、磁極部１４ｄを覆う面積に応じた効果があり、少なくともその中心点Ｃを覆うとよい。中心点Ｃは両隣のインナー磁石１４ｂから等角度θで、インナーヨーク１４ａの内外周から等距離Ｌの位置である。

図９（ｂ）に示すように抑制磁石１７ａは、内周側端部が径方向に関してインナー磁石１４ｂの内周端よりもさらに内周側まで入り込んだ形状となっている。これにより、磁極部１４ｄからの漏れ磁束をさらに抑制することができる。

図９（ｃ）に示すように抑制磁石１７ｂは、抑制磁石１７を僅かに小さくした形状であり、外周側についてはインナーヨーク１４ａの外周端との間に隙間があり、径方向についてはインナー磁石１４ｂの端部との間に隙間がある。この抑制磁石１７ｂのように、条件によっては磁極部１４ｄの全面を覆わなくてもよい。

図１０に示すように、６つの抑制磁石１７は円盤５１の一部として構成されていてもよい。すなわち、各抑制磁石１７の周方向隙間を非磁性体部材５１ａでつないで円盤形状としてもよい。円盤５１によれば見かけ上の部品点数が少なくなり、磁気歯車１０ａの組み立てが容易になる。円盤５１はインナーヨーク１４ａの軸方向両側に設けられる。また、円盤５１と同形状の部材に対して、６つの抑制磁石１７に相当する箇所を一個のリング状磁石を一括着磁によって６極分の永久磁石となるように製作してもよい。着磁の向きは図７に示す例に準ずる。円盤５１または着磁された同形状部材のいずれの場合においても、見かけ上は１つの部品であっても、抑制磁石１７は複数（６つ）存在している。

抑制磁石１７について磁気歯車１０ａに基づいて説明をしたが、磁気歯車１０ｂでは磁極部４４ｄ（図４参照）に抑制磁石１７が設けられ、磁気歯車１０ｃでは磁極部５０ｄ（図５参照）に抑制磁石１７が設けられ、それぞれ磁気歯車１０ａの場合と同様の効果が得られる。また抑制磁石１７に相当するものはアウターヨーク２６ａの磁極部２６ｄの軸方向端面を覆うように設けてもよい。

次に、磁気歯車１０ｄ～１０ｆについて説明する。上記の磁気歯車１０ａではそれぞれのインナー磁石１４ｂは両側に磁極部１４ｄを形成するのに用いられており、インナー磁石１４ｂと磁極部１４ｄとが同数であるが、磁気歯車１０ｄ～１０ｆでは１つの磁極部に対してインナー磁石を２つ用いており、インナー磁石の数は磁極部の２倍設けられる。まず、第４の実施形態にかかる磁気歯車１０ｄについて説明する。

図１１は、磁気歯車１０ｄを示す分解斜視図である。図１１に示すように、磁気歯車１０ｄは上記の磁気歯車１０ａ（図１参照）と比較してインナー歯車１４およびアウター歯車２６がインナー歯車１１４およびアウター歯車１２６に置き換えられている。なお、磁気歯車１０ｄの断面図は、磁気歯車１０ａにかかる断面図である図２－１および図２－２とほとんど同じであるため省略する。

アウター歯車１２６では１極対あたり４つの界磁磁石が使用され、全部で１２４（＝３１×４）個のアウター磁石１２６ｂが用いられている（図１２参照）。つまり、アウター磁石１２６ｂの個数は４の倍数になる。

インナー歯車１１４はインナーヨーク１１４ａと、ＮＨ＝３極対に対応したインナー磁石１１４ｂと、抑制磁石１１７とを有する。抑制磁石１１７は、インナーヨーク１１４ａに対して軸方向両端面にそれぞれ６つずつ設けられている。インナー歯車１１４では１極対あたり４つの界磁磁石が使用され、全部で１２（＝３×４）個のインナー磁石１１４ｂが用いられている（図１２参照）。つまり、インナー磁石１１４ｂの個数は４の倍数になる。

図１２は、磁気歯車１０ｄのアウター歯車１２６、インナー歯車１１４およびセンターリング３０の正面図である。図１３は、磁気歯車１０ｄのアウター歯車１２６、インナー歯車１１４およびセンターリング３０の一部拡大正面図である。なお、図１２～図１５では、抑制磁石１１７を省略している。

磁気歯車１０ｄにおけるインナーヨーク１１４ａ、インナー磁石１１４ｂ、インナー磁石孔１１４ｃ、磁極部１１４ｄ、ブリッジ１１４ｅ、開口部１４２ｇは、磁気歯車１０ａにおけるインナーヨーク１４ａ、インナー磁石１４ｂ、インナー磁石孔１４ｃ、磁極部１４ｄ、ブリッジ１４ｅ、開口部１４ｆに相当する。また、インナーヨーク１１４ａは挟持部１１４ｆを有する。

磁気歯車１０ｄにおけるアウターヨーク１２６ａ、アウター磁石１２６ｂ、アウター磁石孔１２６ｃ、磁極部１２６ｄ、ブリッジ１２６ｅ、開口部１２６ｇは、磁気歯車１０ａにおけるアウターヨーク２６ａ、アウター磁石２６ｂ、アウター磁石孔２６ｃ、磁極部２６ｄ、ブリッジ２６ｅ、開口部２６ｆに相当する。また、アウターヨーク１２６ａは、挟持部１２６ｆを有する。

磁極部１２６ｄは、内径側のセンターリング３０に対して磁束を指向させる疑似的な磁極として作用する部分であり、ＮＬ＝３１極対に対応して６２か所設けられている。このうち１つおきの３１か所がＮ極であり、他の３１か所がＳ極である。図１３では磁極部１２６ｄのうちＮ極となる所を符号１２６ｄｎで識別し、Ｓ極となる所を符号１２６ｄｓで識別している。

アウター磁石孔１２６ｃはアウター磁石１２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク１２６ａの内周面側に開口部１２６ｇを有する。アウター磁石１２６ｂはアウター磁石孔１２６ｃと同形状であって、開口部１２６ｇ以外の３辺はアウター磁石孔１２６ｃと隙間なく接しており、その内側端部は開口部１２６ｇの縁１２６ｈと一致している。

アウター磁石１２６ｂおよびアウター磁石孔１２６ｃは矩形で、アウターヨーク１２６ａに対して径方向に対してやや傾斜した向きに長尺で、かつ外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるような略Ｖ字形状に配置されている。個々の磁極部１２６ｄは周方向両側をアウター磁石１２６ｂで挟まれており、かつ外径側よりも内径側の方が間隔が広くなるような狭い略扇形状である。

アウター磁石１２６ｂは短尺方向に着磁されており、磁極部１２６ｄを挟んで同極が対向する向きとなっている。図１３ではＮ極の磁極部１２６ｄｎを挟んでいるアウター磁石１２６ｂを符号１２６ｂｎで識別し、Ｓ極の磁極部１２６ｄｓを挟んでいるアウター磁石１２６ｂを符号１２６ｂｓで識別している。すなわち、一対のアウター磁石１２６ｂｎは磁極部１２６ｄｎを挟んでＮ極同士が対向しており、一対のアウター磁石１２６ｂｓは磁極部１２６ｄｓを挟んでＳ極同士が対向している。

アウター磁石１２６ｂｎ同士またはアウター磁石１２６ｂｓ同士で挟まれる部分が磁極部１２６ｄであり、アウター磁石１２６ｂｎとアウター磁石１２６ｂｓとで挟まれる三角部分が挟持部１２６ｆとなる。隣り合う磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆとは外側でブリッジ１２６ｅにより相互に接続されている。

このように、磁極部１２６ｄは、両側を同極のアウター磁石１２６ｂで挟まれており、しかも内径側が広がるような形状であることから強い磁力をセンターリング３０に作用させることができ、伝達トルクが増大する。また、磁極部１２６ｄは外径側が十分に狭く形成されており、外側への磁束の漏れが少なく、内径側へ作用する磁力を強めることができる。

上記のように、アウター磁石孔１２６ｃは内周面側に開口部１２６ｇを有している。アウター磁石孔１２６ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま内側に開口していて開口部１２６ｇには凹凸がない。また、アウター磁石孔１２６ｃはアウター磁石１２６ｂは径方向に対してやや傾斜していることから、開口部１２６ｇも周方向に対してやや傾斜している。これにより、アウターヨーク１２６ａの内周面で、磁極部１２６ｄ以外の部分は２つの開口部１２６ｇを二辺とする低い略二等辺三角形の凹部１２６ｉが形成されている。

ブリッジ１２６ｅは隣り合う磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆをアウターヨーク１２６ａの外周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１２６ｅにより各磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆが相互に接続され、アウターヨーク１２６ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１２６ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１２６ｄの磁束密度が維持される。

磁極部１１４ｄは、外径側のセンターリング３０に対して磁束を指向させる疑似的な磁極として作用する部分であり、ＮＨ＝３極対に対応して６か所設けられている。このうち１つおきの３か所がＮ極であり、他の３か所がＳ極である。図１３では磁極部１１４ｄのうちＮ極となる所を符号１１４ｄｎで識別し、Ｓ極となる所を符号１１４ｄｓで識別している。

インナー磁石孔１１４ｃはインナー磁石１１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク１１４ａの外周面側に開口部１１４ｇを有する。インナー磁石１１４ｂはインナー磁石孔１１４ｃと同形状であって、開口部１１４ｇ以外の３辺はインナー磁石孔１１４ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部１１４ｇの縁１１４ｈと一致している。

磁極部１１４ｄを挟む一対のインナー磁石１１４ｂおよび一対のインナー磁石孔１１４ｃは矩形で、インナーヨーク１１４ａに対して径方向に対して４５°傾斜した向きに長尺で、かつ内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるような略Ｖ字形状に配置されている。個々の磁極部１１４ｄは周方向両側をインナー磁石１１４ｂで挟まれており、かつ内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるようなやや広い略扇形状である。

インナー磁石１１４ｂは短尺方向に着磁されており、磁極部１１４ｄを挟んで同極が対向する向きとなっている。図１３ではＮ極の磁極部１１４ｄｎを挟んでいるインナー磁石１１４ｂを符号１１４ｂｎで識別し、Ｓ極の磁極部１１４ｄｓを挟んでいるインナー磁石１１４ｂを符号１１４ｂｓで識別している。すなわち、一対のインナー磁石１１４ｂｎは磁極部１１４ｄｎを挟んでＮ極同士が対向しており、一対のインナー磁石１１４ｂｓは磁極部１１４ｄｓを挟んでＳ極同士が対向している。

一対のインナー磁石１１４ｂｎは直交する向きであり、同様に一対のインナー磁石１１４ｂｓは直交する向きとなっている。この様に一対のインナー磁石１１４ｂｎ，１１４ｂｓを直交する向きに配置することにより、磁極部１１４ｄに磁束を指向させながら、インナー磁石１１４ｂｎ，１１４ｂｓの体積を十分大きくすることが可能となる。

インナー磁石１１４ｂｎ同士またはインナー磁石１１４ｂｓ同士で挟まれる部分が磁極部１１４ｄであり、インナー磁石１１４ｂｎとインナー磁石１１４ｂｓで挟まれる三角部分が挟持部１１４ｆとなる。隣り合う磁極部１１４ｄと挟持部１１４ｆは内側でブリッジ１１４ｅにより相互に接続されている。

このように、磁極部１１４ｄは、両側を同極のインナー磁石１１４ｂで挟まれており、しかも外径側が広がるような形状であることから強い磁力をセンターリング３０に作用させることができ、伝達トルクが増大する。また、磁極部１１４ｄは内径側が十分に狭く形成されており、内径側への磁束の漏れが少なく、外径側へ作用する磁力を強めることができる。

上記のように、インナー磁石孔１１４ｃは外周面側に開口部１１４ｇを有している。インナー磁石孔１１４ｃを形成する３辺のうち長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に開口していて開口部１１４ｇには凹凸がない。また、インナー磁石孔１１４ｃは径方向に対して傾斜していることから、開口部１１４ｇも周方向に対してやや傾斜している。これにより、インナーヨーク１１４ａの外周面で、磁極部１１４ｄ以外の部分は２つの開口部１１４ｇが傾斜対辺となる低い略台形の凹部１１４ｉが形成されている。

ブリッジ１１４ｅは隣り合う磁極部１１４ｄと挟持部１１４ｆをインナーヨーク１１４ａの内周部で相互に接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１１４ｅにより磁極部１１４ｄと挟持部１１４ｆが相互に接続され、インナーヨーク１１４ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１１４ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１１４ｄの磁束密度が維持される。インナー磁石１１４ｂがインナーヨーク１１４ａに対してこのように埋め込まれているインナー歯車１１４はＩＰＭ型である。

また、例えば図１３の仮想線で示すように、インナー磁石孔１１４ｃが矩形でない場合には、インナー磁石１１４ｂの端部のうち一部（外周側）が縁１１４ｈに一致していればよい。アウター磁石孔１２６ｃ、アウター磁石１２６ｂ、縁１２６ｈについても同様である。

次に、第５の実施形態にかかる磁気歯車１０ｅについて図１４を参照しながら説明する。

図１４に示すように、磁気歯車１０ｅは上記のアウター歯車１２６に代えてアウター歯車１４２が設けられるとともに、上記のインナー歯車１１４に代えてインナー歯車１４４が設けられている。アウター歯車１４２はアウターヨーク１４２ａと、アウター磁石１２６ｂとを有する。アウター磁石１２６ｂは上記の磁気歯車１０ｄにおけるものと同じであり、該アウター磁石１２６ｂの配置によって磁極部１２６ｄおよび挟持部１２６ｆが形成されている。アウターヨーク１４２ａは、上記のアウターヨーク１２６ａにおけるアウター磁石孔１２６ｃおよびブリッジ１２６ｅに代えてアウター磁石孔１４２ｃおよびブリッジ１４２ｅが設けられている。アウター磁石孔１４２ｃはアウター磁石１２６ｂが埋め込まれて収容される孔であり、アウターヨーク１４２ａの外周面側に開口部１４２ｇを有する。アウター磁石１２６ｂはアウター磁石孔１４２ｃと同形状であって、開口部１４２ｇ以外の３辺はアウター磁石孔１４２ｃと隙間なく接しており、その外側端部は開口部１４２ｇの縁１４２ｈと一致している。このような構成によりアウター磁石１２６ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部１４２ｇが設けられていることから、アウター歯車１４２の外周側ではアウター磁石１２６ｂの磁極部１２６ｄｎまたは磁極部１２６ｄｓにそれぞれ接する磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。

ブリッジ１４２ｅは隣り合う磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆをアウターヨーク１４２ａの内周部で接続する幅の狭い部分である。ブリッジ１４２ｅにより各磁極部１２６ｄと挟持部１２６ｆが相互に接続され、アウターヨーク１４２ａは一体構成になるとともに強度が確保される。ブリッジ１４２ｅの幅は十分に狭く形成されていることからＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通を抑制し、磁極部１２６ｄの磁束密度が維持される。

また、アウターヨーク１４２ａの外周面はケーシング２４の内周面に固定されていることから強度が確保されている。したがって、アウターヨーク１４２ａは内周面側の強度がブリッジ１４２ｅで確保されるとともに外周面側の強度がケーシング２４で確保されることになり、高速回転に適するとともに耐振動性に優れる。

インナー歯車１４４はインナーヨーク１４４ａと、インナー磁石１１４ｂとを有する。インナー磁石１１４ｂは上記の磁気歯車１０ｄにおけるものと同じであり、該インナー磁石１１４ｂの配置によって磁極部１１４ｄおよび挟持部１１４ｆが形成されている。インナーヨーク１４４ａは、上記のインナーヨーク１１４ａにおけるインナー磁石孔１１４ｃおよびブリッジ１１４ｅに代えてインナー磁石孔１４４ｃおよびブリッジ１４４ｅが設けられている。インナー磁石孔１４４ｃはインナー磁石１１４ｂが埋め込まれて収容される孔であり、インナーヨーク１４４ａの内周面側に開口部１４４ｇを有する。インナー磁石１１４ｂはインナー磁石孔１４４ｃと同形状であって開口部１４４ｇ以外の３辺はインナー磁石孔１４４ｃと隙間なく接している。このような構成によりインナー磁石１１４ｂを大きくすることができ、強い磁力が得られて伝達トルクを増大させることができる。また、開口部１４２ｇが設けられていることから、インナー歯車１４４の内周側ではインナー磁石１１４ｂの磁極部１１４ｄｎまたは磁極部１１４ｄｓにそれぞれ接する磁極部１１４ｄと挟持部１１４ｆが接続されてなく、この部分でのＮ極からＳ極への磁束の短絡的導通がない。インナー磁石１１４ｂの内径側はインナーヨーク１４４ａの内周面よりもやや外径側に寄った位置に設定される。これにより、インナー磁石１１４ｂの内径側端面を直線形状としてもインナーヨーク１４４ａの内周側に設けられたコア４６との干渉を回避することができる。

上記の磁気歯車１０ｄおよび磁気歯車１０ｅでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は設けなくてもよい。つまり、アウター歯車１２６，１４２において外周側のブリッジ１２６ｅ（図１３参照）と、内周側のブリッジ１４２ｅ（図１４参照）の両方が設けられていてもよい。またインナー歯車１１４，１４４において内周側のブリッジ１１４ｅ（図１３参照）と、外周側のブリッジ１４２ｅ（図１４参照）の両方が設けられていてもよい。

上記の磁気歯車１０ｄおよび磁気歯車１０ｅでは、磁石が埋め込まれる磁石孔は内径側か外径側のいずれか一方に開口が設けられているが、条件によってはこのような開口は内径側と外径側の両側に設けられていてもよい。図示は省略するが、磁石孔の開口部が各ヨークの外側と内側の両方に設けることにより、アウター磁石やインナー磁石を一層大きくすることができる。この場合、磁極部同士、挟持部同士を周方向に接続する部材がないので、軸方向端部で各磁極部を接続し固定するとよい。

また、埋め込み磁石をＶ字配置にして扇型の磁極部を形成するのはアウター歯車１２６，１４２かインナー歯車１１４，１４４のいずれか一方だけでもよく、例えば、図１５に示すような、第６の実施形態にかかる磁気歯車１０ｆのような形態でもよい。

第６の実施形態にかかる磁気歯車１０ｆでは、インナー歯車１１４およびセンターリング３０は上記の磁気歯車１０ｄにおけるものと同じであり、アウター歯車１２６に代えてアウター歯車１５０が設けられている。磁気歯車１０ｆは磁気歯車１０ｄと同様にＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３の構成である。アウター歯車１５０は、アウターヨーク１５０ａと、ＮＬ＝３１極対（６２個）のアウター磁石１５０ｂとを有する。アウター磁石１５０ｂはアウター磁石孔１５０ｃに埋め込まれている。アウター磁石１５０ｂは６２個が径方向に長尺な向きで、等間隔で放射状に配置されている。アウター磁石１５０ｂ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。アウター磁石１５０ｂの総体積は上記のアウター磁石１２６ｂの総体積とほぼ等しい。アウター歯車１５０では一対のアウター磁石１５０ｂで挟み込まれる領域が磁極部１５０ｄとなり、疑似的な磁極として作用する。アウター歯車１５０はＩＰＭ型であるが、上記のアウター歯車１２６のようにアウター磁石１２６ｂをＶ字配置にして扇型の磁極部１２６ｄを形成する形態ではない。

このようなアウター歯車１５０は、アウター磁石１５０ｂおよびアウター磁石孔１５０ｃが適度に大きく、しかも個数が比較的少ないため製造・組立が容易であり低コストである。また、磁気歯車１０ｆは、上記の磁気歯車１０ｄと同様のインナー歯車１１４を備えていることから、相応の伝達トルク増大効果が得られる。

本願発明者は、例として磁気歯車１０ｄおよび磁気歯車１０ｆにおけるアウター磁石１２６ｂ、インナー磁石１１４ｂのＶ字配置特性を調べるため、図１６に示す磁気歯車１００に対して比較解析を行った。磁気歯車１００では、センターリング３０は上記の磁気歯車１０ｄにおけるものと同じであり、アウター歯車１２６に代えてアウター歯車１５０が設けられ、さらにインナー歯車１１４に代えてインナー歯車１５２が設けられている。アウター歯車１５０は磁気歯車１０ｆ（図１５参照）におけるものと同じである。

磁気歯車１００は磁気歯車１０ｄと同様にＮＳ＝３４、ＮＬ＝３１、ＮＨ＝３の構成である。インナー歯車１５２は、インナーヨーク１５２ａと、ＮＨ＝３極対（６個）のインナー磁石１５２ｂを有する。インナー磁石１５２ｂはインナー磁石孔１５２ｃに埋め込まれている。インナー磁石１５２ｂは６個が径方向に長尺な向きで、等間隔で放射状に配置されている。インナー磁石１５２ｂ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。インナー磁石１５２ｂの総体積は上記のインナー磁石１１４ｂの総体積とほぼ等しい。インナー歯車１５２では一対のインナー磁石１５２ｂで挟み込まれる領域が磁極部１５２ｄとなり、疑似的な磁極として作用する。インナー歯車１５２はＩＰＭ型であるが、上記のインナー歯車１１４のようにインナー磁石１１４ｂをＶ字配置にして扇型の磁極部１１４ｄを形成する形態ではない。

比較解析の結果によれば、第４の実施形態にかかる磁気歯車１０ｄ（図１２参照）は磁気歯車１００に対して最大伝達トルクが２４％大きくなり、第６の実施形態にかかる磁気歯車１０ｆ（図１５参照）でも磁気歯車１００に対して最大伝達トルクが１７％大きくなることが確認された。ただし、この解析は抑制磁石１１７（図１１参照）を省略した状態で行った。

次に、抑制磁石１１７について説明する。

図１７は、磁気歯車１０ｄでインナー歯車１１４におけるインナー磁石１１４ｂと抑制磁石１１７との極性の向きを示す模式斜視図である。図１７に示すように、磁気歯車１０ｄのインナーヨーク１１４ａには、抑制磁石１１７が設けられている。上記の通り抑制磁石１１７はインナーヨーク１１４ａに対して軸方向両端面にそれぞれ６つずつ設けられている（図１１参照）。抑制磁石１１７は、６つの磁極部１１４ｄの端面をそれぞれほぼ隙間なく覆っている。抑制磁石１１７は扇形の板形状であるが、上記の抑制磁石１７と比較してその形状が異なっている。つまり、抑制磁石１７（図６参照）はインナー歯車１４の軸心に近い位置を基準とした扇形であり、その中心角は６０°であるが、抑制磁石１１７は抑制磁石１７よりも中心角が開いた形状であり、その中心角は９０°である。

抑制磁石１１７はインナーヨーク１１４ａの軸方向、つまり抑制磁石１１７の板厚方向に着磁されている。磁気歯車１０ｄのインナー歯車１１４において抑制磁石１１７，１１７ｓ，１１７ｎ、磁極部１１４ｄ，１１４ｄｓ，１１４ｄｎは、磁気歯車１０ａのインナー歯車１４（図７参照）における抑制磁石１７，１７ｓ，１７ｎ、磁極部１４ｄ，１４ｄｓ，１４ｄｎに相当する。したがって抑制磁石１１７は抑制磁石１７と同様に軸方向からの磁束の漏れを抑制し、磁気歯車１０ｄの効率を向上させることができる。

また、磁気歯車１０ｄにおいては、挟持部１１４ｆは抑制磁石１１７で覆う必要はない。このため、厚さにもよるが抑制磁石１１７は抑制磁石１７よりも小さくなり得る。したがって、インナー歯車１１４を軽量化することができる。

抑制磁石１１７について磁気歯車１０ｄに基づいて説明をしたが、磁気歯車１０ｅでは磁極部１４４ｄ（図１４参照）に抑制磁石１１７が設けられ、磁気歯車１０ｆでは磁極部１１４ｄ（図１５参照）に抑制磁石１１７が設けられ、それぞれ磁気歯車１０ａ，１０ｄの場合と同様の効果が得られる。

本発明にかかる回転電機は、上記のような磁気歯車１０ａ～１０ｆに限らず、インナー歯車１４に相当する内周側界磁体とアウター歯車２６に相当する外周側界磁体との間（例えば、ロータとステータとの間）で径方向に磁束を作用させる回転電機（例えばモータや発電機）に適用可能であることは勿論である。内周側界磁体がロータで外周側界磁体がステータでもよいし、外周側界磁体がロータで内周側界磁体がステータでもよい。内周側界磁体および外周側界磁体のいずれか一方の界磁磁石は永久磁石の代わりに電磁石を用いてもよい。

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，１０ｆ 磁気歯車（回転電機）
１２ アウター歯車体
１４，４４，５０，１１４，１４４，１５２ インナー歯車（内周側界磁体）
１４ａ，４４ａ，５０ａ，１１４ａ，１４４ａ，１５２ａ インナーヨーク
１４ｂ，４４ｂ，５０ｂ，１１４ｂ，１１４ｂｎ，１１４ｂｓ，１５２ｂ インナー磁石（界磁磁石）
１４ｃ，４４ｃ，５０ｃ，１１４ｃ，１５２ｃ インナー磁石孔
１４ｄ，１４ｄｎ，１４ｄｓ，２６ｄ，４２ｄ，４４ｄ，５０ｄ，１１４ｄ，１１４ｄｎ，１１４ｄｓ，１２６ｄ，１２６ｄｎ，１２６ｄｓ，１５０ｄ，１５２ｄ 磁極部
１４ｅ，４４ｅ，２６ｅ，４２ｅ，４８ｅ，５０ｅ，５０ｆ，１１４ｅ，１２６ｅ，１４２ｅ ブリッジ
１４ｆ，２６ｆ，４２ｆ，４４ｆ，１１４ｇ，１２６ｇ，１４２ｇ，１４４ｇ 開口部
１４ｇ，２６ｇ，４２ｇ，４４ｇ，１１４ｈ，１２６ｈ，１４２ｈ 縁
１７，１７ｎ，１７ｓ，１１７，１１７ｎ，１１７ｓ 抑制磁石（磁束漏れ抑制磁石）
１６ センター体
２４ ケーシング
２６，４２，４８，１２６，１４２，１５０ アウター歯車（外周側界磁体）
２６ａ，４２ａ，４８ａ，１２６ａ，１４２ａ，１５０ａ アウターヨーク
２６ｂ，４２ｂ，４８ｂ，１２６ｂ，１２６ｂｎ，１２６ｂｓ，１５０ｂ アウター磁石（界磁磁石）
２６ｃ，４２ｃ，４８ｃ，１２６ｃ，１４２ｃ，１５０ｃ アウター磁石孔
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）
４４ｈ 抜止突起
４６ コア

Claims (5)

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、前記インナーヨークの軸方向の少なくとも一方の端面に設けられた複数の磁束漏れ抑制 磁石と、を有し、前記インナーヨークには、同極が周方向に対向する向きで隣接する一対の前記インナー 磁石によって挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁束漏れ抑制磁石は前記軸方向に着磁され、前記各磁束漏れ抑制磁石の周方向隙間を非磁性部材でつないで円盤形状とした態様で、前記磁極部の端面を覆い、前記磁極部を覆う前記磁束漏れ抑制磁石および前記磁極部を挟む一対の前記インナー磁石は、前記磁極部に対して同極が指向していることを特徴とする回転電機。
2. 前記磁束漏れ抑制磁石は隣り合う前記各磁束漏れ抑制磁石を等間隔に極性が異極となる態様で一括着磁で形成した円盤形状の磁石としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機
3. 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、前記インナーヨークの軸方向の少なくとも一方の端面に設けられた複数の磁束漏れ抑制 磁石と、を有し、前記インナーヨークには、同極が周方向に対向する向きで隣接する一対の前記インナー 磁石によって挟まれた磁極部が複数形成され、前記磁束漏れ抑制磁石は前記軸方向に着磁され、前記磁極部の端面を覆い、前記磁極部を覆う前記磁束漏れ抑制磁石および前記磁極部を挟む一対の前記インナー磁石は、前記磁極部に対して同極が指向しており、且つインナーヨークに対して径方向に傾斜した向きに長尺で、内径側よりも外径側の方が間隔が広くなるような略Ｖ字形状に配置されていることを特徴とする回転電機。
4. 前記インナーヨークは前記インナー磁石が埋め込まれるインナー磁石孔を有し、前記インナー磁石孔は、前記インナーヨークの内周面および外周面の少なくとも一方に開口部を有することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の回転電機。
5. 前記インナーヨークは前記開口部が開口する前記内周面または前記外周面が回転軸中心の円周面形状であって、前記インナー磁石における一端の縁は、前記開口部の縁と一致していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。

Images