JP7466854B2 - 磁気歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁石の磁気を利用してトルクを伝達する磁気歯車装置に関する。

一般的な歯車装置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装置の開発および実用化が進められている。この磁気歯車装置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。

磁気歯車装置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内輪磁気歯車および外輪磁気歯車と、周方向に複数の軟磁性体からなる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内輪磁気歯車、ステータおよび外輪磁気歯車の順で同心かつ相対回転可能に構成される。内輪磁気歯車、外輪磁気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。

磁気歯車装置で変速比を変えようとする場合、例えば特許文献２では、磁極数の異なる外輪磁気歯車と内輪磁気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、有効となる外輪磁気歯車と内輪磁気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、磁気歯車装置のセンター体（ステータ）を固定する場合と外輪磁気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 ＷＯ２００９／１４２２５８ 国際公開 ＷＯ２０１２／１１４３６８

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

このような磁気歯車装置では磁気的に非接触でトルクを伝達する構造であることからその伝達トルクと伝達効率に限度があり、特に回転数が高い場合の伝達可能トルクと伝達効率の一層の向上が望まれている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、大きな伝達可能トルクを維持しつつ高い伝達効率で、安定に動作する磁気歯車装置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装置は、複数の永久磁石を有する２つの回転子（磁気歯車）と、その両回転子間に軟磁性材料で構成される複数の磁性片体を周方向に周期的に配した非磁性体からなる中間体を有し、その磁性片によってそれぞれの磁石極数比の磁束を変調して回転を伝達する磁気歯車装置において、前記回転子を軟磁性材料の積層体で構成し、多くの極数を有する外輪回転子の永久磁石は、回転子の内周面にそれぞれ隣り合う磁石の極性が異極となる態様で等間隔に配置し、内輪回転子の永久磁石は、該回転子の内部に、それぞれ隣り合う永久磁石が異極となる態様で埋め込まれていることを特徴とする。

前記内輪磁気歯車の永久磁石を保持するインナーヨークは、前記永久磁石が埋め込まれる磁石孔を有し、該磁石孔は前記磁性片体に対向する外周面に開口部を有してもよい。

前記内輪磁気歯車の永久磁石は複数個であって、該永久磁石は同極性を向かい合って配置させてもよい。

前記内輪磁気歯車のインナーヨークは一体構成した軟磁性材料であってもよい。

前記外輪磁気歯車のアウターヨークは、該アウターヨークに形成した仕切り用のツバによって、周方向に配列する永久磁石を位置決めし、該永久磁石は隣り合う磁石の極性が異極となる態様で、該外輪回転子の内周面に等間隔で配置してもよい。
又、前記アウターヨークのツバの高さは装着される永久磁石の径方向の厚さの半分以下としてもよい。

前記軟磁性材料のアウターヨークは鋳造にて一体成形で分割製作し、該成形物を厚さ方向に複数枚接合して構成したことを特徴とする磁気歯車装置。

前記軟磁性材料のアウターヨークは複数個の圧粉磁心にて分割構成してもよい。

前記磁性体片の磁性片が装着される磁性片ホルダーの形状は、磁極片が埋め込まれる孔を有し、該孔は外側回転子側と対向する外周面側に、磁石片が装着される面に開口部を有してもよい。

本発明にかかる磁気歯車装置では、複数極の永久磁石を有する２つの回転子（磁気歯車）と、その回転子間に軟磁性材料で構成される複数の磁性片からなる磁性片体を周方向に周期的に配した非磁性体からなる中間体を有し、その磁性片によってそれぞれの磁石極数比の磁束を変調して回転を伝達する磁気歯車装置において、前記回転子のヨークを軟磁性材料の積層体で構成し、多くの極数を有する外輪回転子の永久磁石は、回転子の内周面にそれぞれ隣り合う磁極が周方向に異極となる態様で等間隔に配置し、内輪磁気歯車の永久磁石は、該内輪磁気歯車のインナーヨークの内部に、それぞれ隣り合う永久磁石が周方向に異極となる態様で埋め込まれていることにより、磁極部の磁力がセンターリングに指向されやすくなり、外輪回転子、センター体および内輪回転子の間における磁気的作用が強まり、高い伝達トルクを確保でき、且つ、高回転速度となる内輪回転子は渦電流等による伝達ロスを少なくするためＩＰＭ構造の磁石配置としている。具体的には製作した磁気歯車装置では内輪磁気歯車の回転速度が、１０００ｒｐｍ以上の高速回転域では、各回転子の磁石配置構造を、内外回転子の両方ともＩＰＭ構造とする場合より、内輪磁気歯車をＩＰＭ構造で外側回転子を後述するＳＰＭ構造とする構成が伝達効率において勝る磁気歯車装置を提供できる。

本発明の第１の実施例にかかる磁気歯車装置を示す分解斜視図である。 図１に示す磁気歯車装置の断面図である。 図１に示す磁気歯車装置の正面図である。 図３－１に示す磁気歯車装置の一部拡大正面図である。 本発明による第２の実施例にかかる磁気歯車装置の正面図である。 本発明による第３の実施例にかかる磁気歯車装置の正面図である。 従来の外輪磁気歯車をＩＰＭ構造とした磁気歯車装置の一例の正面図である。 本発明による磁気歯車装置の伝達効率の特性図である。

以下に、本発明にかかる磁気歯車装置の第一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、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、図３－１及び図３－２に基づき、第１の実施形態にかかる磁気歯車装置を説明する。磁気歯車装置１０ａは、外輪磁気歯車体１２と、内輪磁気歯車１４と、センター体１６と、アウター軸１８と、インナー軸２０とを有する。

外輪磁気歯車体１２はケーシング２４と、外輪磁気歯車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、磁気歯車装置１０ａの本体部の外枠を形成する。

外輪磁気歯車２６はアウターヨーク２６ａと、後述するＮＬ＝３１極対に対応したアウター磁石２６ｂとを有する。外輪磁気歯車２６では１極対あたり２つで、全部で６２（＝３１×２）個のアウター磁石２６ｂが用いられている（図３参照）。即ち、アウター磁石２６ｂの個数は２の倍数になる。外輪磁気歯車２６は低速ロータとも呼ばれる。外輪磁気歯車２６のさらに詳細な構成については後述する。

アウター側面部２８は磁気歯車装置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、外輪磁気歯車体１２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つのボルト孔の図示しない外部ベースとの固定ネジ孔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。前記固定ネジ孔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により図示しない外部ベースに固定可能で、外輪磁気歯車体１２と供回りできる。（図２参照）。

内輪磁気歯車１４はインナーヨーク１４ａと、後述するＮＨ＝３極対に対応したインナー磁石１４ｂとを有する。内輪磁気歯車１４では１極対あたり２つで、全部で６（＝３×２）個のインナー磁石１４ｂが用いられている（図３－１参照）。即ち、インナー磁石１４ｂの個数は２の倍数になる。内輪磁気歯車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。内輪磁気歯車１４は高速ロータとも呼ばれる。内輪磁気歯車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はポールピースホルダー３０ａと、ＮＳ＝３４個のポールピース３０ｂとを有する。ポールピースホルダー３０ａは非磁性体の筒体である。ポールピースホルダー３０ａの形状は、ポールピース３０ｂが埋め込まれる孔を有し、外側回転子側と対向する外周面側に磁石片が埋め込まれる面に開口部を有する。ポールピース３０ｂは軟磁性体であって、ポールピースホルダー３０ａに対して周方向に等角度に配列されている。 又、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２参照）。

なお、外輪磁気歯車２６におけるアウター磁石２６ｂの極対数ＮＬ、内輪磁気歯車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は磁気歯車装置１０ａのＸ２方向側を覆う蓋体であって、センターリング３０と一体成形され、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。又、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外部取付ネジ孔３２ｃとを有し、該外部取付ネジ孔３２ｃはボルトＢにより図示しない取付ベースに固定される。

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とを有し、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。

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、内輪磁気歯車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。又、インナー軸２０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の内輪と内輪磁気歯車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は止め輪３８ａ，３８ｂにより抜け止め処理されている。内輪磁気歯車１４はベアリング３４ａ、３４ｂにより外輪磁気歯車体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により外輪磁気歯車体１２とセンター体１６とは相対回転可能となっている。

図２に示すように、アウター軸１８は外輪磁気歯車体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は内輪磁気歯車１４のインナー軸固定孔１５に回転不能な態様で接続され、センター側面部３２の中心孔３２ａを通ってＸ２方向に突出するように組み立てられ、アウター軸１８とインナー軸２０とは同軸構造となる。以上説明したように磁気歯車装置１０ａは、アウター軸１８が一体固定された外輪磁気歯車体１２が低速側入出力部となり、インナー軸２０が一体固定された内輪磁気歯車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、外輪磁気歯車体１２、内輪磁気歯車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。

外輪磁気歯車２６および内輪磁気歯車１４の構造について図２および図３－１、図３－２を参照しながらさらに詳細に説明する。

外輪磁気歯車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はその内周面に装着されるアウター磁石２６ｂの位置決め用のツバ２６ｆを有している。 アウター磁石２６ｂは、ツバ２６ｆで仕切られ隣り合う磁石の極性が周方向に異極の態様で、アウターヨーク２６ａの内周面の底部に隙間なく等間隔で接着剤等により装着される。
なお、理解が容易となるようにアウター磁石２６ｂおよび、前記インナー磁石１４ｂにおいて着磁方向を明示するためＮ極をＮ、Ｓ極をＳとして表示している。

ここで、前記ツバ２６ｆとアウター磁石２６ｂの回転軸の径方向の高さは、ツバ２６ｆの高さをアウター磁石２６ｂの高さ（厚さ）に対して１／２以下としている。ツバの高さを磁石の高さに合わせると強度と安定性の面では好ましいが、隣り合う磁石のＮ極の磁束とＳ極の磁束との短絡的導通が生じ、径方向に放射できる磁束が減少してトルクが低下する。対策としてツバは磁石の高さに対して少なくとも半分以下であれば、この効果は十分で強度と安定性も維持できることが確かめられた。
この構成により、アウター磁石２６ｂは間にあるツバ２６ｆを通して隣り合う異極との間での磁束もれが抑制され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、高い伝達トルクを得られる。

また、アウター磁石２６ｂをツバ２６ｆの間に挿入する際には軸方向から挿入してもよいし、または径方向に挿入してもよいので組立の自由度が増す。

なお、本実施の形態で外輪磁気歯車体１２のアウターヨーク２６ａは複数個に分割成形した鋳造品で構成し、厚さ方向に複数接合することで厚み方向に貫こうとする渦電流を抑制し、伝達効率を改善することができる。また、アウターヨークは複数の円弧状の圧粉磁心体のパールを合体させる分割構成の場合でも、比較的高い透磁率でヨークの機能を果たしながら導電性が低いので同様の渦電流の抑制効果が得られる。圧粉磁心の成形には単位面積当たり数トンの大きな成形圧力が必要であるが、分割して小部品とすることで生産面のコストで有利となる。

内輪磁気歯車１４のインナーヨーク１４ａは一体構成した軟磁性体の円盤形状である。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、インナー磁石１４ｂおよびインナー磁石孔１４ｃは矩形とした。

磁極部１４ｄ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、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極となる。

渦電流対策を施された回転子のヨークに磁石を埋め込む方式は、多様な埋め込み方式が可能であり磁気特性を調整できること、鉄損や渦電流損失が少ない、回転機械としての構造的安定性からＩＰＭ方式（Inner Permanent Magnet、表面磁石型）としてモータ類では採用されているが、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内輪磁気歯車１４もＩＰＭ型の構成の一種である。

一方、外輪磁気歯車のように、磁石が回転子の表面に露出した構成もＳＰＭ型（Surface Permanent Magnet、表面磁石型）としてモータ類に採用されている。この構成は有効磁束量が大きく、トルクリップルが小さいなどの利点があるが、導体の場合が多い磁石表面の渦電流損失が大きくなることや、磁石が表面に貼り付けられた構造は回転機械として構造的な弱点になりやすい。ところが、内輪磁気歯車に比べて、外輪磁気歯車は回転数が低く渦電流損が少ないこと、磁石の位置が回転するヨークの内側にあり遠心力の問題がないなどＳＰＭ構造の欠点が目立たず、利点が生かせる。そこで、外輪磁気歯車をＳＰＭ型構造とし、内輪磁気歯車のみをＩＰＭ型構造にすることで、内輪磁気歯車の表面に磁石を配置したＳＰＭ型と比較して、トータルの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、高速回転に適した磁気歯車装置となる。

一方、外輪磁気歯車２６では、組立の簡便さと伝達トルクを確保の点から、ＳＰＭ構造が望ましいが、渦電流ロスを考慮して伝達ロスの少ないＩＰＭ構造とすることが提案されている。（特許文献４参照）そこで、外輪磁気歯車と内輪磁気歯車ともＩＰＭ構造（IPM/IPM）にした場合と、外輪磁気歯車をＳＰＭ構造とし内輪磁気歯車はＩＰＭ構造（SPM/IPM）とした場合の磁気歯車の回転速度対伝達効率特性を、有限要素法を用いた磁場解析シミュレーションにて算出した。その結果を図７に示す。この結果より回転速度が特定の回転速度を超えると逆にＳＰＭ構造の方が伝達効率の良いことが、磁場解析シミュレーションによって判明した。

図６は、この解析で比較対象とした内外輪回転子ともＩＰＭ構造とした磁気歯車装置で、実施例１で示した図３の構成において、図３－１の磁気歯車装置１０ａの外輪磁気歯車をＩＰＭ構造としたものである。
図６に示す比較対象において、外輪磁気歯車６４はアウターヨーク６４ａとアウター磁石６４ｂからなる。アウター磁石６４ｂは長尺形状の短辺方向に着磁されており、その配置は隣り合うアウター磁石６４ｂが同極となる態様で、アウターヨーク６４ａの磁石孔６４ｃに埋設されるＩＰＭ構造である。この磁石は、１対極あたり２個となり磁石数は極数６２個（３１×２）となる。

図７は磁場解析シミュレーションの結果で横軸に磁気歯車装置の内輪磁気歯車２６（高速ロータ）の回転速度、縦軸に伝達効率を示す。図中の実線のグラフが従来の比較の対象としたIPM/IPM構造の磁気歯車装置１０ｄ（図６参照）で、点線が本発明のSPM/IPM構造の磁気歯車装置１０ａの伝達効率を示す。図７に示すように、内輪磁気歯車の回転速度（高速回転側）が約１０００ｒｐｍより早くなると内輪磁気歯車及び、外輪磁気歯車ともＩＰＭ構造とした磁気歯車装置より、内輪磁気歯車のみＩＰＭ構造とした磁気歯車装置（１０ａ）の方が、伝達効率が良いことが分かった。特に回転速度が早くなるにつれてその傾向は顕著である。

図７の結果を分析すると、磁気歯車装置の損失は、磁石、ヨーク等の磁気ループを構成する磁性材料等のコアの物性によって生じる鉄損が支配的であり、さらにこの鉄損は主としてヒステリシス損と渦電流損からなる。このヒステリシス損はスタインメッツの実験式で表され、周波数（回転速度）に比例して増えていく。 一方鉄心の中に生じる渦電流損は周波数の２乗に比例して大きくなる。
ここで、図7の結果に至った原因について推定を加える。比較した２つの磁気歯車装置では、内輪磁気歯車は同じ構造のＩＰＭ型で、センター体も同じ形状、材質である。従って違いの発生源でとみられ、構造の異なる外輪磁気歯車に特化して考察する。損失発生する因子をアウター磁石とアウターヨークについて損失を考察する。低回転（約３００ｒｐｍ）では、ＩＰＭ型の損失はアウターヨークの渦電流損が約半分以上を占めている。一方ＳＰＭ型では、アウターヨークのヒステリシス損が約７割以上であり、渦電流損の比率が低いことが分かった。その結果、周波数（回転速度）が高くなると、渦電流損の比率が高いＩＰＭ型の磁気歯車装置では回転速度の２乗に比例して渦電流損が増していくため伝達効率の低下が大きい。一方、ヒステリシス損が支配的なＳＰＭ型の損失は、回転速度に比例して損失が増えていきがＩＰＭ型に比べて増え方が少なく結果として高回転に有利な結果となったものと判断する。
磁場解析シミュレーション結果では、図７に示すように回転速度が１０００ｒｐｍ以上の高回転になってくると、IPM/IPM型磁気歯車装置に比較して本発明に係るSPM/IPM型磁気歯車が鉄損の増え方が少なく、伝達効率が勝ることが理解できる。

次に、第２の実施形態にかかる磁気歯車装置１０ｂについて図４を参照しながら説明する。磁気歯車装置１０ｂは実施例１の磁気歯車装置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。

内輪磁気歯車４４のインナーヨーク４４ａは軟磁性体であって、円盤形状である。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。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る。インナー磁石４４ｂはインナー磁石孔４４ｃと略同形状であって、インナー磁石孔４４ｃと隙間なく接している。内輪磁気歯車のさらに詳細な構成については後述する。

インナー磁石４４ｂおよびインナー磁石孔４４ｃは長尺形状で、インナーヨーク４４ａ内にブリッジ４４ｅを介して一定の角度（図では９０°）を成す磁石対として等角度間隔の放射状配列となっている。インナー磁石孔４４ｃを形成する３辺の内、長尺方向の二辺は平行線であり、平行線のまま外側に伸びている。インナー磁石４４ｂは短尺方向に着磁されており、磁石対は図に示すように同極同士が向かい合うよう配置され、隣り合う磁石対は着磁方向が逆となる向きに配置され、周方向ではＳ極同士及び、Ｎ極同士が向かい合っている。インナー磁石４４ｂがインナーヨーク４４ａに対してこのように埋め込まれている内輪磁気歯車４４も前述の実施例１の内輪磁気歯車と同様にＩＰＭ型の範疇に含まれる。

磁極部４４ｄは周方向の両側を二つのインナー磁石孔４４ｃに挟まれた、内径側が狭くて外径側が広い扇形状である。磁極部４４ｄは両側をインナー磁石４４ｂのＳ極で挟まれた箇所がＳ極、両側をＮ極で挟まれた磁石対の箇所が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４４ｅは隣り合う磁極部４４ｄ同士をインナーヨーク４４ａの外周部で接続する
幅の狭い部分である。ブリッジ４４ｅにより各磁極部４４ｄが相互に機械的に接続され、インナーヨーク４４ａは一体構成となるとともに強度が確保される。一方、ブリッジ４４ｅ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４４ｄの磁束強度が維持される。

次に、第３の実施形態にかかる磁気歯車装置１０ｃについて図５を参照しながら説明する。磁気歯車装置１０ｃは実施例１の磁気歯車装置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５において、内輪磁気歯車５２のインナーヨーク５２ａは軟磁性体であって、円盤形状である。インナーヨーク５２ａはインナー磁石孔５２ｃと、磁極部５２ｄとを有する。インナー磁石孔５２ｃはインナー磁石５２ｂが埋め込まれて収容される孔であり、外周面側に開口部５２ｆを有する。インナー磁石５２ｂは長尺形状をしており短辺方向に着磁され、インナー磁石孔５２ｃと略同形状であって、隣り合う磁石が同極性となる態様でインナーヨーク５２ｃの内径側に隙間なく密着して固定される。

このように、磁気歯車装置１０ｃはＳＰＭ型構造の外輪磁気歯車２６とＩＰＭ構造の内輪磁気歯車５２とを有し、前記、磁気歯車装置１０ａ、及び磁気歯車装置１０ｂと同様に、ＩＰＭ型構造による渦電流損が少ないため高伝達効率となる。さらに高速回転側のインナー磁石５２ｂ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懸念がなく、高速回転に適する。
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。
さらに、本発明の実施例では、外輪磁気歯車と内輪磁気歯車をロータとし、その間のセンター体を固定（ステータ）として説明したが、センター体をロータとして、外輪磁気歯車と内輪磁気歯車のどちらかを固定とした磁気歯車でも本発明の範疇に含まれる。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 磁気歯車装置
１２、６４ 外輪磁気歯車体
１４、４４、５２ 内輪磁気歯車
１４ａ、４４ａ、５２ａ インナーヨーク
１４ｂ、４４ｂ、５２ｂ インナー磁石
１４ｃ、４４ｃ、５２ｃ 磁石孔
１４ｄ、４４ｄ、５２ｄ 磁極部
１５ インナー軸固定孔
１６ センター体
１８，アウター軸
２０，インナー軸
２４ ケーシング
２６、６４ 外輪磁気歯車
２６ａ、６４ａ アウターヨーク
２６ｂ、６４ｂ 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 ポールピースホルダー（非磁性筒体）
３０ｂ ポールピース（軟磁性体）
３２ センター側面部
３２ａ 中心孔
３２ｃ センター孔
３４ａ，３４ｂ，４０ａ，４０ｂ ベアリング、
３６ カラー
３７ キー
３８ａ，３８ｂ 止め輪

Claims (8)

1. 複数の永久磁石を有する２つの回転子と、その回転子間に軟磁性材料で構成される複数の磁性片で構成される磁性片体を有し、その磁性片によってそれぞれの磁石極数比の磁束を変調して回転を伝達する磁気歯車機構において、
   前記回転子を軟磁性材料の積層体で構成し、
   多くの極数を有する外側回転子の永久磁石は、径方向に着磁され、前記外側回転子の内周面にそれぞれ隣り合う永久磁石の極性がすべて異極となる態様で等間隔に配置し、
   内輪磁気歯車の永久磁石は、該内輪磁気歯車の内部に、それぞれ隣り合う永久磁石がすべて異極となる態様で埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車装置。
2. 複数の永久磁石を有する２つの回転子と、その回転子間に軟磁性材料で構成される複数の磁性片で構成される磁性片体を有し、その磁性片によってそれぞれの磁石極数比の磁束を変調して回転を伝達する磁気歯車機構において、
   前記回転子を軟磁性材料の積層体で構成し、
   多くの極数を有する外側回転子の永久磁石は、ツバで仕切られて前記外側回転子の内周面にそれぞれ隣り合う永久磁石の極性がすべて異極となる態様で隙間なく等間隔に配置し、
   内輪磁気歯車の永久磁石は、該内輪磁気歯車の内部に、それぞれ隣り合う永久磁石がすべて異極となる態様で埋め込まれていることを特徴とする磁気歯車装置。
3. 請求項１または２に記載の磁気歯車装置において
   前記内輪磁気歯車の永久磁石を保持するインナーヨークは、前記内輪磁気歯車の永久磁石が埋め込まれる磁石孔を有し、該磁石孔は前記磁性片体に対向する外周面に開口部を有することを特徴とする磁気歯車装置。
4. 請求項１から請求項３に記載のいずれか１項に記載の磁気歯車装置において、
   前記内輪磁気歯車のインナーヨークは一体構成した軟磁性材料であることを特徴とする磁気歯車装置。
5. 請求項１または２に記載の磁気歯車装置において、
   前記磁性片が装着される磁性片ホルダーの形状は、前記磁性片が埋め込まれる孔を有し、該孔は外側回転子側と対向する外周面側に磁石片が装着される面に開口部を有することを特徴とする磁気歯車装置。
6. 請求項１または２に記載の磁気歯車装置において、
   前記外側回転子のアウターヨークは、該アウターヨークの内周側に、磁石仕切り用のツバを周方向に等間隔に形成し、該ツバの高さは装着される永久磁石の径方向厚さの半分以下としたことを特徴とする磁気歯車装置。
7. 請求項６に記載の磁気歯車装置において、
   前記内輪磁気歯車の永久磁石は複数個であって、該永久磁石は同極性で向かい合って配置したことを特徴とする磁気歯車装置。
8. 請求項６及び、請求項７に記載の磁気歯車装置において、
   前記軟磁性材料のアウターヨークは複数個の圧粉磁心にて分割構成したことを特徴とする磁気歯車装置。