WO2020174936A1 - 磁気ギアードモータ - Google Patents

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WO2020174936A1
WO2020174936A1 PCT/JP2020/001826 JP2020001826W WO2020174936A1 WO 2020174936 A1 WO2020174936 A1 WO 2020174936A1 JP 2020001826 W JP2020001826 W JP 2020001826W WO 2020174936 A1 WO2020174936 A1 WO 2020174936A1
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magnetic
stator
magnet
rotor
geared motor
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French (fr)
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元 宇賀治
宜農 麻生
平田　勝弘
昇 新口
一晶 高原
寛典 鈴木
翼 上柿
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetic geared motor.
  • the A GV is driven by a motor, for example.
  • Motors for driving A VG are required to have high torque characteristics at low speed or high efficiency characteristics for long-distance operation. Therefore, using a magnetic geared motor as a motor for driving the A GV is being considered.
  • a magnetic geared motor is a rotary electric machine that has a built-in magnetic speed reducer mechanism (magnetic gear) that uses harmonic magnetic flux, and has a high speed inlet, a low speed inlet, and a stator (for example, patent Reference 1).
  • magnetic gear magnetic speed reducer mechanism
  • the low-speed port overnight having the output shaft can be rotated according to a predetermined gear ratio (reduction ratio).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 201 3 _ 1 06401
  • the magnetic geared motor has insufficient torque density. In this case, it is possible to increase the torque by increasing the diameters of the high speed rotor and the low speed rotor. However, if the diameters of the high-speed rotor and the low-speed rotor are increased, the size of the entire magnetic gear mode is increased.
  • the maximum torque can be increased as compared with the case where the distributed winding coil is used.
  • the gear ratio will be greatly reduced.
  • the conventional magnetic geared motor cannot easily obtain a high gear ratio, and the practical gear ratio is limited to about 6. In particular, it has been difficult to realize a magnetic geared motor with a gear ratio exceeding 10.
  • the present disclosure has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a magnetic geared motor having a high gear ratio.
  • the first magnetic geared motor includes a stator having a plurality of teeth, the first port Isseki rotated by the magnetomotive force of the stator, the A first mouth, a second mouth rotating at a lower speed than the first mouth, and the first rotor, the second rotor, and the stator are arranged coaxially and are present between two adjacent teeth.
  • the slot openings ⁇ 02020/174936 3 ⁇ (: 170?2020/001826
  • a plurality of magnets having different polarities are arranged.
  • an aspect of a second magnetic geared motor includes a stator having a plurality of teeth, which generates a magnetomotive force, a first mouth overnight rotating by the magnetomotive force, and A second rotor that rotates at a lower speed than the first mouth overnight by rotating the first mouth overnight, wherein the first rotor, the second rotor, and the stator are arranged coaxially.
  • Each of the plurality of teeth has a plurality of magnetic pole portions each protruding in the radial direction, a plurality of magnets is arranged in the stator, and the plurality of magnets are provided between the two adjacent teeth.
  • a magnetic geared motor having a high gear ratio can be realized.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a magnetic geared motor according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of the stator of the magnetic geared motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic geared motor of a comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a distribution of polarity in the circumferential direction of the stator of the magnetic geared motor of the comparative example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a magnetic geared motor according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of the stator of the magnetic geared motor according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a magnetic geared motor according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of the stator of the magnetic geared motor according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 9 shows the back electromotive force constants of Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3. ⁇ 02020/174936 4 ⁇ (: 170?2020/001826
  • FIG. 10 is a diagram showing the main magnetic flux (5th order) and the modulated wave magnetic flux of the air gap on the stationary side in Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3.
  • FIG. 11 is a diagram showing a modulated wave magnetic flux and a maximum transfer torque in Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of the magnetic geared motor according to the first embodiment and the magnetic geared motor according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the main magnetic flux (5th order) and the modulated-wave magnetic flux in Example 1 and Example 1′.
  • FIG. 13 is a diagram showing the counter electromotive force constant and the maximum transmitted torque in Example 1 and Example 1′.
  • FIG. 14 is a diagram showing the modulated wave magnetic flux and the maximum transfer torque in Comparative Example, Example 1′, Example 2 and Example 3.
  • FIG. 148 is a diagram showing the maximum transmission torque and the back electromotive force constant in Comparative Example, Example 1′, Example 2 and Example 3.
  • FIG. 15 is a diagram showing the presence or absence of geometric symmetry between the high-speed rotor (first mouth overnight) and the stator in the comparative example, the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment. is there.
  • Fig. 16 Fig. 16 is a diagram obtained by removing the model in which the gear ratio is an integral multiple from Fig. 15.
  • FIG. 17 is a diagram showing the value of the winding coefficient X gear ratio in FIG.
  • FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the magnetic geared motor according to the first embodiment and the magnetic geared motor according to the modification.
  • each drawing is a schematic view, and is not necessarily strictly illustrated.
  • FIG. 1 is a sectional view of a magnetic geared motor 1 according to the first embodiment.
  • the magnetic geared motor 1 is provided with a first port 10, a second port 20, and a stator 30. By rotating the first port 10 the second port 20 is rotated by the harmonic magnetic flux.
  • a rotary shaft 40 is arranged at the center of the first port 10.
  • the first port data 10 is a high-speed port overnight that rotates at a higher speed than the second port data 20, and the second port data 20 is the first port data. It is a low-speed port that rotates at a slower speed than the motor 10.
  • the stator 30 faces the first port 10 or the second port 20.
  • the first port data 10, the second port data 20 and the stator 30 are arranged in this order from the radially inner side to the radially outer side. Therefore, the stator 30 faces the second port 20.
  • the first rotor 10 which is a high speed rotor is arranged at the innermost side
  • the second rotor 20 which is a low speed rotor is arranged so as to surround the first rotor 10.
  • the stator 30 is arranged so as to surround the second mouth 20.
  • the magnetic reducer using the harmonic magnetic flux composed of the first port, which is the high-speed port overnight, the second port, which is the low-speed port, and the stator 30, 2 The rotor 20 is arranged so as to be sandwiched between the first port — evening 10 and the stator 30.
  • the first port 10, the second port 20 and the stator 30 are arranged coaxially with each other with a minute air gap therebetween.
  • the first rotor 10, the second rotor 20 and the stator 30 are arranged in this order from the radially inner side to the radially outer side. ⁇ 02020/174936 6 box (: 170?2020/001826
  • the first rotor 10 (first rotor), which is a high-speed rotor, has a plurality of magnetic pole pairs 11 arranged in the circumferential direction.
  • the first rotor 10 has a cylindrical rotor core 12 made of a magnetic material, and the plurality of magnetic pole pairs 11 are provided in the mouth core 12.
  • the rotor core 12 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, for example.
  • Each of the plurality of magnetic pole pairs 11 is a permanent magnet configured such that 1 ⁇ 1 poles and 3 poles are alternately and evenly present along the circumferential direction of the rotor core 12.
  • a plurality of magnetic pole pairs 11 (permanent magnets) are continuously arranged in the circumferential direction so as to cover the entire outer peripheral surface of the rotor core 12. Further, the plurality of magnetic pole pairs 11 are arranged radially around the central axis of the first rotor 10 as a center.
  • the plurality of magnetic pole pairs 11 face the second port 20. Therefore, the surface of the permanent magnet that constitutes the magnetic pole pair 11 is an air gap surface. In this embodiment, a plurality of magnetic pole pairs 1 Is 5. Therefore, the number of poles of the first mouth data 10 which is the high speed mouth data is 10.
  • the second rotor 20 (second rotor), which is a low-speed rotor, has a plurality of magnetic pole pieces 2 1 (pole pieces) arranged in the circumferential direction.
  • the plurality of magnetic pole pieces 21 are magnetic flux concentrating means made of a magnetic material.
  • the second rotor 20 has an annular holder 22 made of a non-magnetic material, and the plurality of magnetic pole pieces 21 are held by the holder 22.
  • the plurality of magnetic pole pieces 21 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the holder 22. Further, the plurality of magnetic pole pieces 21 are arranged radially around the central axis of the second rotor 20.
  • the second port 20 has 41 magnetic pole pieces 21. Therefore, the number of pole pairs (1 ⁇ 1 ⁇ ) of the second mouth 20 which is a low speed mouth data is 41.
  • the plurality of magnetic pole pieces 21 face the magnetic pole pair 11 of the first mouth 10. Further, the plurality of pole pieces 21 are connected to the teeth 31 of the stator 30 and the plurality of magnets 34. ⁇ 02020/174936 7 ⁇ (: 170?2020/001826
  • the surfaces of the plurality of magnetic pole pieces 21 are air gap surfaces. Specifically, in each pole piece 21, the first surface on the side of the first rotor 10 (the surface on the outer side in the radial direction) and the second surface on the side of the stator 30 (the surface on the inner side in the radial direction) are It is a gap surface.
  • the second port 20 may be a gear-shaped magnetic body configured such that each of the plurality of magnetic pole pieces 21 protrudes toward the stator 30.
  • the second rotor 20 can be manufactured by laminating the gear-shaped electromagnetic steel plates.
  • the stator 30 (stator) generates a magnetomotive force.
  • the stator 30 has a plurality of teeth 31, a yoke 32, a winding coil 33, and a magnet 34.
  • the plurality of teeth 31 are arranged along the circumferential direction. Specifically, the plurality of teeth 31 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. In the present embodiment, the stator 30 has 2 4 teeth 3 1.
  • each tooth 31 extends from the annular yoke 32 to project radially inward. That is, the yoke 32 is a back yoke formed outside each of the teeth 31.
  • the plurality of teeth 31 face the plurality of pole pieces 21 of the second mouth 20.
  • teeth 3 1 and yoke 3 2 are integrally configured as a stator core.
  • the teeth 31 and the yoke 32 are configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates.
  • Each tooth 31 is a magnetic pole tooth formed inside the yoke 32, and is an electromagnet that generates a magnetic force when the winding coil 33 is energized.
  • the winding coil 33 is a stator coil provided on the stator 30. In the present embodiment, the winding coil 33 is a concentrated coil coil wound around each of the teeth 31.
  • the winding coil 33 is a three-phase winding so that the first port 10 can be rotated as a three-phase synchronous motor.
  • the winding coil 33 is ⁇ 02020/174936 8 ⁇ (: 170?2020/001826
  • a slot for arranging the winding coil 33 is formed between two adjacent teeth 31. That is, the slot of the stator 30 corresponds between two adjacent teeth 31.
  • the stator 30 has 24 teeth 31 and thus the number of slots of the stator 30 is 2 4. So the number of pole pairs (N 3) of the stator 30 is 2 4.
  • Each of the plurality of teeth 3 1 has a magnetic pole portion 3 13 protruding in the radial direction.
  • each tooth 31 has two recesses 31.
  • the magnetic pole portion 3 13 is formed in a convex shape by providing each tooth 3 1 with two concave portions 3 1.
  • a slot opening 3 10 exists between two adjacent teeth 3 1.
  • the slot opening portion 310 is a gap existing between the tip end portions of two adjacent teeth 31.
  • a plurality of magnets 34 (stator magnets) having different polarities are arranged in each slot opening 310. That is, the plurality of magnets 34 arranged in each slot opening 310 are arranged so as to close the slot opening 310.
  • the plurality of magnets 34 are stator magnets arranged in the stator 30.
  • a plurality of magnets are arranged in each slot opening 310.
  • each of the plurality of magnets 34 is, for example, a permanent magnet.
  • a plurality of magnets 3 4 includes a at least a first magnet 3 4 3 second magnet 3 4 spoon.
  • two permanent magnets are arranged in each slot opening 310 as a first magnet 3 43 and a second magnet 34.
  • Magnetic pole And magnet 3 4 The second magnet 34 faces the plurality of pole pieces 21 of the second rotor 20.
  • the front end face of the magnetic pole part 3 1 3 and the surface of the magnet 3 4 are the stator 3 ⁇ 02020/174936 9 ⁇ (: 170?2020/001826
  • first magnet 3 4 3 is a permanent magnet air gap surface between the second port over motor 2 0 is 1 ⁇ 1 pole
  • the second magnet 3 4 spoon is the second port over It is a permanent magnet whose air gap surface with the magnet 20 has three poles. That is, a plurality of magnets 34 in two orientation directions are arranged in each slot opening 310.
  • the plurality of magnets 34 arranged in each slot opening 3 10 are arranged in two recesses 3 1 13 provided in each tooth 3 1. Specifically, in each tooth 3 1, the first magnet 3 4 3 is housed in the concave portion 3 1 provided at one end in the width direction at the tip of the tooth 3 1, and the second magnet 3 4 3 is stored.
  • the 34 claw is housed in a recess 31 c provided at the other end in the width direction at the tip of the tooth 31.
  • the number of the plurality of magnets 34 in each slot opening 310 is the same as the number of slots in the stator 30. That is, the number of each of the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 spoon is the same as the number of slots of the stator 3 0. In the present embodiment, the number of slots of the stator 30 is 2 4, so the stator 30 as a whole is
  • the magnetic pole portion 3 1 3 of the tooth 3 1 and the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 ⁇ are arranged as one set (one unit) and repeated a plurality of times in the circumferential direction. ..
  • the stator 30 since the stator 30 has the 24 teeth 31, the magnetic pole portion 3 1 3 of the teeth 31 and the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 claw are connected to each other. This is repeated 24 times as a set.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of the stator 30 of the magnetic geared mode 1 according to the first embodiment.
  • the magnetic pole portion 3 1 3 and the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 ⁇ have 1 ⁇ ! poles and 3 poles on the air gap surface. They are arranged so that they appear alternately.
  • the first magnet 3 4 3 has the polarity that the 1 ⁇ ! pole appears on the air gap surface
  • the second magnet 3 4 swath has the polarity that the 3 pole appears on the air gap surface.
  • the stator 30 has, for example, the first magnet 3 4 3 (1 ⁇ ! pole), the second magnet 3 4 ⁇ (3 poles), and the magnetic pole portion 3 1 3 (! ⁇ !
  • the first port 10 is rotated by the magnetomotive force of the coil wire coil 33 of the stator 30.
  • a field current flows through the coil wire coil 33 and a magnetic flux is generated in the tooth 3 1 (magnetic pole portion 3 13).
  • the magnetic force generated by the interaction between the magnetic flux generated by the teeth 31 and the magnetic flux generated by the magnetic pole pair 11 of the first rotor 1 0 (high-speed rotor) becomes the torque that rotates the first rotor 10 and becomes the 1st mouth.
  • Data 1 0 rotates.
  • the second rotor 20 having the output shaft rotates at a reduced speed according to a predetermined gear ratio (reduction ratio) due to the harmonic magnetic flux.
  • the magnetic flux generated inside the magnetic speed reducer is represented by the product of the magnetomotive force of the permanent magnet and the permeance of the magnetic body. Let us consider the magnetic flux generated inside the magnetic geared motor 1 using mathematical formulas.
  • the first port 10 which is a high-speed port and the magnet 34 of the stator 30 are used.
  • ⁇ 02020/174936 11 ⁇ (: 170?2020/001826
  • 8 1 and 8 2 are the amplitudes of the magnetomotive forces of the magnets (permanent magnets) of the first port 10 (high speed port overnight) and the stator 30, respectively. Is the pole pair number of the 1st mouth data 10 (high speed mouth overnight), Is the number of slots of the stator 30, ⁇ is the rotation angle of the first port 10 (high speed port overnight), and 0 is the circumferential position.
  • Second mouth data which is a slow mouth data
  • the permeance distribution (0, /3) of the magnetic substance existing in 20 and the stator 30 is expressed by the following (Equation 2), assuming that it exists in a sinusoidal shape in the circumferential direction.
  • Equation 2 ⁇ is the average permeance, and! And 2 are the permeance amplitudes of the 2nd mouth — evening 20 (low-speed mouth overnight) and the stator 30, 1 ⁇ 1 is the number of poles of the second mouth 20 (low-speed mouth overnight), and /3 is the second It represents the rotation angle of mouth 20 (low speed mouth overnight).
  • the first and second terms are fundamental wave magnetic fluxes of the same order as the number of poles of the magnet 34, and the third and subsequent terms are the modulation generated by the combination with the magnetic substance.
  • the number of poles is such that the following relationship (Equation 4) holds.
  • the gear ratio is positive, it indicates that the 1st mouth 10 (high speed mouth overnight) and the 2nd mouth 2 0 (low speed mouth overnight) rotate in the same direction.
  • the gear ratio A negative value indicates that the 1st mouth data 10 (high speed mouth overnight) and the 2nd mouth data 20 (low speed mouth overnight) rotate in opposite directions.
  • the rotation directions of (high speed mouth overnight) and 2nd mouth-evening 20 (low speed mouth overnight) are opposite.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic geared motor 1 X of a comparative example
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of a stator 30 X of the magnetic geared motor 1 X.
  • the magnetic geared motor 1X of the comparative example is different from the magnetic geared motor 1 shown in Fig. 1 in the magnets arranged in the respective slot openings 3 1 0. 3 4 X configuration is different.
  • the magnetic geared motor 1 a plurality of magnets 34 having different polarities were arranged in each slot opening 310, but a comparison was made.
  • one magnet 3 4 is arranged in each slot opening 3 10.
  • the magnetic pole portion 3 13 of the tooth 3 1 and the magnet 3 4X have a 1 ⁇ 1 pole on the air gap surface.
  • the three poles are arranged so that they alternate with each other.
  • the plurality of magnets 34 X arranged on the stage 30 have the same polarity with respect to the air gap surface
  • the plurality of magnetic poles 3 13 of the stator 30 3 also have the same polarity.
  • all the magnets 34 have 1 ⁇ 1 poles on the air gap surface
  • all the magnetic poles 3 13 have 3 poles on the air gap surface. 4 (1 ⁇ 1 pole), magnetic pole section 3 1 3 (3 poles), magnet 3 4 (1 ⁇ 1 pole), magnetic pole section 3 1 3 (3 poles), and so on are repeated.
  • stator 3 In the magnetic geared motor 1X of the comparative example configured as described above, the stator 3
  • stator 30 X The order of the magnetomotive force (stator magnet magnetomotive force order) due to the magnet 34 of the side magnet is 2 4th order, which is the same as the slot number of the stator 30 X. Also shown in Figure 3. ⁇ 02020/174936 14 ((170?2020/001826
  • the gear ratio ⁇ “(
  • ⁇ ! I /) is 5.8 in the magnetic geared motor 1 X of the comparative example having the structure shown in FIG.
  • a plurality of magnets 34 having different polarities are arranged in each slot opening 310.
  • two permanent magnets, a first magnet 3 43 and a second magnet 3 4 having different polarities, are arranged in each slot opening 310.
  • the order of the magnetomotive force generated by the magnet 34 of the stator 30 is 1.5 times that of the magnetic geared motor 1X of the comparative example. be able to.
  • the order of the magnetomotive force (stator magnet magnetomotive force order) of the magnet 34 of the stator 30 is the 36th order.
  • a high gear ratio can be obtained, and a high torque magnetic geared motor 1 can be realized.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic geared motor 18 according to the second embodiment
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the polarity distribution in the circumferential direction of the stator 38 of the magnetic geared motor 18. is there.
  • the magnetic geared motor 1 according to the present embodiment is similar to the magnetic geared motor 1 according to the above-described first embodiment in that the first port 10 and the second port 20 and a stator 38.
  • the first port 10, the second port 20 and the stator 38 are arranged coaxially.
  • the stator 38 is composed of a plurality of teeth 3 18, a yoke 3 2, and a winding coil. ⁇ 02020/174936 15 ⁇ (: 170?2020/001826
  • the magnetic geared motor 1 according to the present embodiment is different from the magnetic geared motor 1 according to the first embodiment described above in the configuration of the magnetic pole portions 3 13 of the teeth 3 18.
  • each magnetic pole portion 3 13 is provided in each of the plurality of teeth 31, whereas in the present embodiment, a plurality of teeth is provided.
  • Each magnetic pole 31 is provided with a plurality of magnetic poles 3 13.
  • the plurality of magnetic pole portions 3 13 are configured in a gear shape, and each magnetic pole portion 3 13 is a small tooth on the tooth 3 18.
  • each tooth 3 18 is provided with a recess 3 1 swath (that is, 3 recesses 3 1 swath) at each of the widthwise end portions at the tip end of the tooth 3 18 and the center portion. Therefore, two magnetic pole parts 3 1 3 are provided.
  • each magnetic pole portion 3 13 is projected in the radial direction.
  • the magnetic geared motor 1 according to the present embodiment is different from the magnetic geared motor 1 according to the above-described embodiment 1 in the arrangement of the plurality of magnets 34 arranged in the stator 308. ..
  • a plurality of magnets 3 4 includes a first magnet 3 4 3 disposed in slots opening 3 1 ⁇ that exists between two teeth 3 1 eight adjacent, multiple
  • Each of the teeth 3 18 includes a second magnet 34 which is arranged between two adjacent magnetic pole portions 3 18.
  • one first magnet 343 is arranged in each slot opening 310. Specifically, the configuration in the first magnet 3 4 3, and one of the teeth 3 1 eighth recesses 3 1 13 of the two tea scan 3 1 eight adjacent the other of the teeth 3 1 eighth concave portion 3 1 13 It is stored in one recess.
  • one second magnet 34 is arranged for each tooth 318. Specifically, the second magnet 34 is housed in a recess 3113 provided at the center in the width direction at the tip of the tooth 3118.
  • Magnetic pole And magnet 3 4 The second magnet 34) faces the plurality of pole pieces 21 of the second rotor 20. Also, the front end of the magnetic pole part 3 1 3 ⁇ 02020/174936 16 ⁇ (: 170?2020/001826
  • the surface and the surface of the magnet 3 4 are the air gap surface of the stator 38. Specifically, since the magnetic pole part 3 13 and the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 are provided continuously without a gap, the front end face of the magnetic pole part 3 1 3 and the first magnet 3 4 The surface of 43 and the surface of the second magnet 34 are flush with each other and are continuous air gap surfaces.
  • the magnetic geared motor 1 according to the present embodiment is different from the magnetic geared motor 1 according to the above-described embodiment 1 in that a plurality of magnets 3 4 (first magnet 3 4 3, second magnet 3 4 13) are provided. ) Also have different polarities.
  • the first magnets 3 4 3 and the second magnets 3 4 13 are arranged in the circumferential direction so as to have opposite polarities alternately.
  • the first magnet 3 43 and the second magnet 34 are arranged in the circumferential direction so as to have the same polarity. That is, in the present embodiment, the first magnet 3 43 and the second magnet 34 have the same polarity with respect to the air gap surface of the second port 20. As described above, in the present embodiment, all the magnets 34 have the same polarity, and the first magnets 34 3 and the second magnets 34 have the same orientation.
  • the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 spoon are both air gaps surface between the second port over motor 2 0 is in the 1 ⁇ 1 pole. Further, all the plurality of magnets 34 including the first magnet 3 and the second magnet 34 are arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 spoon is a permanent magnet also Re Izu.
  • the number of the plurality of magnets 34 is twice the number of slots of the stator 38. Specifically, since the slot number of the stator 38 is 24, 48 magnets 34 are used. More specifically, 2 4 first magnets 3 4 3 corresponding to each slot opening 3 10 and 2 4 2nd magnets 3 4 corresponding to each tooth 3 18 are used. Has been.
  • the magnetic pole portion 3 1 of the tooth 3 1 is
  • FIG. 6 shows a magnetic gear according to the second embodiment. ⁇ 02020/174936 17 ⁇ (: 170?2020/001826
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a polarity distribution in the circumferential direction of the stator 38 of the demotor 18;
  • the magnet 3 4 (the first magnet 3 4 3 and the second magnet 3 4 ⁇ ) has the polarity that the 1 ⁇ ! pole appears on the air gap surface.
  • the first mouth data 10 which is a high speed mouth data is the same as that of the above-mentioned first embodiment. Specifically, also in this embodiment, the number of pole pairs (1 ⁇ 1) of the plurality of magnetic pole pairs 11 of the first rotor 10 is 5, and the number of poles of the first rotor 10 is 10. ..
  • the second mouthpiece 20 which is a low speed mouthpiece has a plurality of magnetic pole pieces 21 as in the first embodiment, but in the present embodiment, Therefore, the number of the plurality of magnetic pole pieces 21 is different from that in the first embodiment.
  • the second port 20 in the present embodiment has 53 3 magnetic pole pieces 21, and the number of pole pairs (1 ⁇ 1 I) of the second port 20 is , 5 3.
  • the order of the magnetomotive force of the magnets 34 of the stator 38 can be doubled.
  • the order of the magnetomotive force (stator magnet magnetomotive force order) of the magnet 34 of the stator 38 is the 48th order.
  • the number of pole pairs of the magnetic pole pieces 21 of the second rotor 20 can be increased to increase the gear ratio, so that the torque density can be improved.
  • the number of the plurality of magnets 34 is twice the number of slots of the stator 38, but the number is not limited to this.
  • the number of the plurality of magnets 34 may be three times the number of slots of the stator 30. Specifically, since the number of slots of the stator 30 0 is 2 4, 7 2 magnets 3 4 are used.
  • the magnets 1 3 and the magnets 3 4 are arranged in the circumferential direction so that they have alternating polarities.
  • the second mouth 20 has 77 magnetic pole pieces 21 and the number of pole pairs of the second mouth 20 (
  • the order of the magnetomotive force generated by the magnet 34 of the stator 30 can be tripled.
  • the order of the magnetomotive force (stator magnet magnetomotive force order) due to the magnet 34 of the stator 30 0 is 7 2 nd order. This allows the
  • the gear ratio can be increased by increasing the number of pole pairs of the magnetic pole pieces 21 of the two rotors 20, it is possible to improve the torque density.
  • the magnetic geared motor 1 according to the present modification can obtain a high gear ratio, and a high torque magnetic geared motor 1 can be realized.
  • the magnetic geared motor 1X of the comparative example shown in FIG. 3 is referred to as “comparative example”, the magnetic geared motor 1 shown in FIG. 1 is referred to as “example 1”, and the magnetic geared motor 1 shown in FIG. Eighth is “Example 2”, the magnetic geared motor 1 shown in Fig. 7 is “Example 3”, and the performance of the magnetic poled motor of the 10 pole 2 4 slot model using concentrated winding coils for the stator is Simulation A study by Yong was conducted. The examination results will be described below.
  • the order of the magnetomotive force (stator magnet magnetomotive force order) of the magnets 34 or 34 X arranged on the stator is 24 in Comparative Example, 36 in Example 1, 48 in Example 2, In Example 3, it is 72.
  • the gear ratio G r is 5.8 in the comparative example, 8.2 in the first embodiment, 10.6 in the third embodiment, and 15.4 in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the counter electromotive force constants (Bacc EMFconnstatant) of Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3. As shown in Fig. 9, it can be seen that the back electromotive force constant increases as the gear ratio increases.
  • FIG. 10 is a diagram showing the main magnetic flux (5th order) and the modulation wave magnetic flux of the air gap on the stator side in Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density (Mag n e t i c f l u x d e n s i t y ).
  • Fig. 11 is a diagram showing the modulated wave flux and the maximum transmission torque (Maximumtransmissiontorq u ej) in Comparative Example, Example 1, Example 2 and Example 3. Modulation wave magnetic flux is shown by magnetic flux density.
  • Example 1 the cause of the low step-out torque was examined.
  • the volume of the stator core of the stator 30 was larger than that of one magnet 34, and the center position of the magnetic pole was deviated.
  • the cause is that the magnetic flux of the modulated wave of the rotor) and the phase of the magnetomotive force of the stator 30 do not match.
  • the magnetic geared motor 1 of the first embodiment the volume of the magnet 34 (stator magnet) is adjusted so that the center positions of the magnetic poles are evenly spaced.
  • a magnetic geared motor (Example 1') was considered.
  • the magnetic geared motor of the first embodiment is the same as the magnetic geared motor of the first embodiment, except that the widths of the first magnet 34 a and the second magnet 34 b are increased, and 2 The width of the magnet 34b and the width of the magnetic pole portion 31a are made almost the same.
  • the area of the first magnet 34 a and the second magnet 34 b in plan view (stator magnet area) in Example 1 was 265 mm 2
  • the first magnet 34 a and the second magnet 34 b in Example 1′ were The area of the two magnets 34 b in plan view (stator magnet area) was 3 15 mm 2 .
  • Example 1 the characteristics of Example 1 and Example 1'are shown in Figs.
  • FIG. 13A is a diagram showing a main magnetic flux (5th order) and a modulated wave magnetic flux in Example 1 and Example 1'.
  • FIG. 13 is a diagram showing the counter electromotive force constant and the maximum transmission torque in Example 1 and Example 1'.
  • FIG. 14A is a diagram showing the modulation wave magnetic flux (Mo d u l a t e d m a g n e t i c f l u x) and the maximum transmission torque (Ma x i m u m t r a n s m i n t o r q u e) in Comparative Example, Example 1', Example 2 and Example 3.
  • the modulated wave magnetic flux is shown by the magnetic flux density.
  • FIG. 14 is a diagram showing the maximum transmission torque and the back electromotive force constant in Comparative Example, Example 1′, Example 2 and Example 3.
  • the modulation wave magnetic flux and the maximum transfer torque decrease as the gear ratio increases. I know what to do. ⁇ 0 2020/174936 21 ⁇ (: 170? 2020 /001826
  • Fig. 15, Fig. 16 and Fig. 17 show the combination of the number of magnet poles of the high speed rotor (first rotor 10) and the number of slots of the stator 30.
  • the number of magnetic poles for the low-speed mouth-evening (2nd mouth 20) is not shown, but the number of magnetic poles for the low-speed mouth (2nd mouth 20) is not shown. It is not shown because it can be determined if the number of slots for 1 port 10) and stator 30 is determined.
  • the blank columns indicate combinations that do not hold as a motor in the first place.
  • Fig. 15 First, regarding the presence or absence of geometrical symmetry between the high-speed rotor (first rotor 10) and the stator 30, the results shown in Fig. 15 are obtained.
  • ⁇ indicates a combination in which the high speed rotor (1st motor 10) and the stator 30 have geometric symmetry, and the high speed rotor rotates without eccentricity. Showing.
  • X indicates a combination in which the high-speed rotor (first rotor 10) and the stator 30 do not have geometrical symmetry, and the high-speed rotor may eccentrically rotate. There is.
  • Example 1 As described above, in Example 1, Example 1′, Example 2 and Example 3, ⁇ 02020/174936 22 ⁇ (: 170?2020/001826
  • the magnetomotive force obtained by the magnet 34 (stator magnet) arranged in the stator having the concentrated winding coil is 1.5 times larger than that of the magnetic geared motor of the comparative example. 1, 1'), double (Example 2),
  • Example 3 Since it can be tripled (Example 3), a magnetic geared motor having a high gear ratio can be realized. It was also confirmed that the high gear ratio reduces the amplitude of the modulated wave magnetic flux and the step-out torque and improves the induced voltage constant.
  • the magnetic geared motor according to the present disclosure has been described above based on the first and second embodiments and examples, but the present disclosure is not limited to the above first and second embodiments and examples.
  • the magnetic pole portions 3 of the two adjacent teeth 3 1 are arranged.
  • a plurality of magnets 34 with two orientations are arranged in the slot opening 310, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of magnets 34 having two or more orientations may be arranged in the slot opening 310.
  • the first rotor 10, the second rotor 20 and the stators 30 to 30 are arranged in this order from the radially inner side to the radially outer side. Although it was arranged toward the side, it is not limited to this. For example, from the radial inside ⁇ 02020/174936 23 ⁇ (: 170?2020/001826
  • the overnight 10 and the second mouth 20 may be arranged in this order, or they may be arranged in another order.
  • the concentrated winding coil is used as the winding coil 33 of the stators 30 to 30 (3, but the present invention is not limited to this.
  • a distributed winding coil may be used as 3 3.
  • a flux barrier may be provided at the boundary portion having different polarities. For example, even if the flux barrier is provided between the magnetic pole portion 3 13 and the magnet 3 4 (first magnet 3 4 3 , second magnet 3 4 ⁇ ) in the above-mentioned first and second embodiments and examples. Good. Further, in the first upper Symbol embodiment, hula Kkusubaria may be provided also between the first magnet 3 4 3 second magnet 3 4 spoon.
  • the flux barrier may be a gap (air layer), a filling member made of a non-magnetic material, or the like.
  • the present disclosure can be used for various electric devices and the like including 80.

Landscapes

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Abstract

磁気ギアードモータ（１）は、起磁力を発生させる複数のティース（３１）を有するステータ（３０）と、ステータ（３０）の起磁力により回転する第１ロータ（１０）と、第１ロータ（１０）が回転することで、第１ロータ（１０）よりも低速で回転する第２ロータ（２０）とを備え、第１ロータ（１０）、第２ロータ（２０）及びステータ（３０）は、同軸で配置され、隣り合う２つのティース（３１）の間に存在するスロット開口部（３１ｃ）の各々には、極性が異なる複数の磁石（３４）が配置されている。

Description

明 細 書
発明の名称 ： 磁気ギアードモータ
技術分野
[0001] 本開示は、 磁気ギアードモータに関する。
背景技術
[0002] 近年、 工場内又は倉庫等では、 無人搬送車 （AGV : A u t om a t i c
G u i d e d Ve h i c l e） が用いられることが多くなってきた。 A GVは、 例えば、 モータによって駆動される。 A VGを駆動するためのモー 夕には、 低速で高トルクの特性又は長距離運転が可能なように高効率の特性 が求められている。 そこで、 A GVを駆動するモータとして、 磁気ギアード モータを用いることが検討されている。
[0003] 磁気ギアードモータは、 高調波磁束を用いた磁気減速機機構 （磁気ギア） が内蔵された回転電機であり、 高速口一夕、 低速口ータ及びステータを有す る （例えば、 特許文献 1） 。 磁気ギアードモータでは、 ステータのコイルの 起磁力で高速口一夕を回転させることで、 出力軸を有する低速口一夕を所定 のギア比 （減速比） にしたがって回転させることができる。
先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特開 201 3 _ 1 06401号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005] 磁気ギアードモータは、 トルク密度が不足する。 この場合、 高速口ータ及 び低速ロータの直径を大きく してトルクを高めることが考えられる。 しかし ながら、 高速ロータ及び低速ロータの直径を大きくすると、 磁気ギアードモ —夕全体が大型化してしまう。
[0006] そこで、 ステータのコイルとして、 分布巻コイルではなく、 集中巻コイル を用いることが考えられる。 このように、 ステータのコイルとして集中卷コ \¥02020/174936 2 卩（：170?2020/001826
イルを用いることで、 分布卷コイルを用いた場合と比べて、 最大トルクを大 きくすることができる。 しかしながら、 集中巻コイルを用いると、 ギア比が 大幅に小さくなってしまう。
[0007] 磁気ギアードモータのギア比 は、 高速口一夕の極対数を 1\1 IIとし、 低 速口一夕の極対数を 1\1 丨 とすると、 ◦ 「 = ± 1\1 丨 / 1\1 で表される。 したが って、 高速ロータの極対数を小さく したり、 低速ロータの極対数を大きく し たりすることで、 ギア比を大きくすることが可能となる。
[0008] しかしながら、 磁気ギアードモータでは、 ステータの極対数を 3とする と、 3 = 1\1 丨 ± 1\1 という関係式を満たす必要があるため、 高速ロータの 極対数 （1\1 ） と低速ロータの極対数 （1\1 I） との組み合わせには制限があ る。
[0009] さらに、 磁気ギアードモータとして高速口ータ及び低速口一夕を回転させ るためには、 3 = 1\1 丨 ± 1\1 という関係式以外に、 高速ロータ及びステー 夕のスロッ ト数の関係を 3相同期モータとして回転可能な組み合わせにする 必要がある。 このため、 集中巻コイルを用いた磁気ギアードモータのギア比 は、 3相同期モータとして回転可能なものにしなければならないという制約 もある。
[0010] このように、 従来の磁気ギアードモータでは、 高いギア比を容易に得るこ とができず、 実用的なギア比としては 6程度までにとどまっていた。 特に、 ギア比が 1 0を超える磁気ギアードモータを実現することが難しかった。
[001 1 ] 本開示は、 このような課題を解決するためになされたものであり、 高いギ ア比を有する磁気ギアードモータを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0012] 上記目的を達成するために、 本発明に係る第 1の磁気ギアードモータの _ 態様は、 複数のティースを有するステータと、 前記ステータの起磁力により 回転する第 1 口一夕と、 前記第 1 口一夕よりも低速で回転する第 2口一夕と を備え、 前記第 1 ロータ、 前記第 2ロータ及び前記ステータは、 同軸で配置 され、 隣り合う 2つの前記ティースの間に存在するスロッ ト開口部の各々に \¥02020/174936 3 卩（：170?2020/001826
は、 極性が異なる複数の磁石が配置されている。
［0013］ また、 本発明に係る第 2の磁気ギアードモータの一態様は、 複数のティー スを有し、 起磁力を発生させるステータと、 前記起磁力により回転する第 1 口一夕と、 前記第 1 口一夕が回転することで、 前記第 1 口一夕よりも低速で 回転する第 2ロータとを備え、 前記第 1 ロータ、 前記第 2ロータ及び前記ス テータは、 同軸で配置され、 前記複数のティースの各々は、 各々が径方向に 突出する複数の磁極部を有し、 前記ステータには、 複数の磁石が配置され、 前記複数の磁石は、 隣り合う 2つの前記ティースの間に存在するスロッ ト開 口部に配置された第 1磁石と、 前記複数のティースの各々において、 隣り合 う 2つの前記磁極部の間に配置された第 2磁石とを含み、 前記第 1磁石と前 記第 2磁石とは、 同じ極性となるように周方向に配列されている。 発明の効果
［0014］ 本開示によれば、 高いギア比を有する磁気ギアードモータを実現できる。
図面の簡単な説明
［0015］ ［図 1］図 1は、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータの断面図である。
［図 2］図 2は、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータのステータの周方向に おける極性の分布を模式的に示す図である。
［図 3］図 3は、 比較例の磁気ギアードモータの断面図である。
［図 4］図 4は、 比較例の磁気ギアードモータのステータの周方向における極性 の分布を模式的に示す図である。
［図 5］図 5は、 実施の形態 2に係る磁気ギアードモータの断面図である。
［図 6］図 6は、 実施の形態 2に係る磁気ギアードモータのステータの周方向に おける極性の分布を模式的に示す図である。
［図 7］図 7は、 実施の形態 2の変形例に係る磁気ギアードモータの断面図であ る。
［図 8］図 8は、 実施の形態 2の変形例に係る磁気ギアードモータのステータの 周方向における極性の分布を模式的に示す図である。
［図 9］図 9は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3の逆起電力定数を示 \¥02020/174936 4 卩（：170?2020/001826
す図である。
［図 10］図 1 0は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3において、 ステ —夕側のエアギャップの主磁束 （5次） と変調波磁束とを示す図である。
［図 1 1］図 1 1は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3において、 変調 波磁束と最大伝達トルクとを示す図である。
［図 12］図 1 2は、 実施例 1 に係る磁気ギアードモータと実施例 1’ に係る磁 気ギアードモータとの拡大断面図である。
［図 13八］図 1 3 は、 実施例 1及び実施例 1’ における主磁束 （5次） と変調 波磁束とを示す図である。
［図 138］図 1 3巳は、 実施例 1及び実施例 1’ における逆起電力定数と最大伝 達トルクとを示す図である。
［図14八］図 1 4 は、 比較例、 実施例 1’ 、 実施例 2及び実施例 3において、 変調波磁束と最大伝達トルクとを示す図である。
［図 148］図 1 4巳は、 比較例、 実施例 1’ 、 実施例 2及び実施例 3において、 最大伝達トルクと逆起電力定数とを示す図である。
［図 15］図 1 5は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3において、 高速 口ータ （第 1 口一夕） とステータとの幾何学対称性の有無を示す図である。 ［図 16］図 1 6は、 図 1 5からギア比が整数倍のモデルを除去した図である。 ［図 17］図 1 7は、 図 1 6において、 卷線係数 Xギア比の値を示す図である。 ［図 18］図 1 8は、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータと変形例に係る磁 気ギアードモータとの拡大断面図である。
発明を実施するための形態
［0016］ 以下、 本開示の実施の形態について説明する。 なお、 以下に説明する実施 の形態は、 いずれも本開示の一具体例を示すものである。 したがって、 以下 の実施の形態で示される、 数値、 構成要素、 構成要素の配置位置及び接続形 態等は、 一例であって本開示を限定する主旨ではない。 よって、 以下の実施 の形態における構成要素のうち、 本開示の最上位概念を示す独立請求項に記 載されていない構成要素については、 任意の構成要素として説明される。 \¥02020/174936 5 卩（：170?2020/001826
[0017] また、 各図は、 模式図であり、 必ずしも厳密に図示されたものではない。
なお、 各図において、 実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付してお り、 重複する説明は省略又は簡略化する。
[0018] （実施の形態 1）
まず、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータ 1の構成について、 図 1 を 用いて説明する。 図 1は、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータ 1の断面 図である。
[0019] 図 1 に示すように、 磁気ギアードモータ 1は、 第 1 口ータ 1 0と、 第 2口 —夕 2 0と、 ステータ 3 0とを備えており、 ステータ 3 0の起磁力により第 1 口ータ 1 0を回転させることで、 高調波磁束により第 2口ータ 2 0が回転 する。 なお、 第 1 口ータ 1 0の中心には、 回転軸 （シャフト） 4 0が配置さ れている。
[0020] 本実施の形態において、 第 1 口ータ 1 0は、 第 2口ータ 2 0よりも高速で 回転する高速口一夕であり、 第 2口ータ 2 0は、 第 1 口ータ 1 0よりも低速 で回転する低速口ータである。
[0021 ] ステータ 3 0は、 第 1 口ータ 1 0又は第 2口ータ 2 0と対向する。 本実施 の形態において、 第 1 口ータ 1 0、 第 2口ータ 2 0及びステータ 3 0は、 こ の順で径方向内側から径方向外側に向かって配置されている。 したがって、 ステータ 3 0は、 第 2口ータ 2 0に対向している。 具体的には、 高速口ータ である第 1 ロータ 1 0が最も内側に配置されており、 低速ロータである第 2 口ータ 2 0が第 1 口ータ 1 0を囲むように配置され、 さらに、 その第 2口一 夕 2 0を囲むようにステータ 3 0が配置されている。 つまり、 高速口一夕で ある第 1 口ータと低速口ータである第 2口ータ 2 0とステータ 3 0とで構成 される高調波磁束を用いた磁気減速機に対して、 第 2ロータ 2 0が、 第 1 口 —夕 1 0とステータ 3 0とで挟まれるように配置されている。
[0022] 第 1 口ータ 1 0、 第 2口ータ 2 0及びステータ 3 0は、 互いに微小なエア ギャップを介して同軸で配置されている。 本実施の形態では、 第 1 ロータ 1 0、 第 2ロータ 2 0及びステータ 3 0がこの順で径方向内側から径方向外側 \¥02020/174936 6 卩（：170?2020/001826
に向かって配置されているので、 第 1 口ータ 1 0と第 2口ータ 2 0との間に エアギャップが存在するとともに、 第 2ロータ 2 0とステータ 3 0との間に エアギャップが存在する。
[0023] 高速口ータである第 1 口ータ 1 0 （第 1回転子） は、 周方向に配置された 複数の磁極対 1 1 を有する。 また、 第 1 ロータ 1 0は、 磁性材料によって構 成された円筒状のロータコア 1 2を有しており、 複数の磁極対 1 1は、 口一 タコア 1 2に設けられている。 ロータコア 1 2は、 例えば複数枚の電磁鋼板 を積層することで構成されている。
[0024] 複数の磁極対 1 1の各々は、 ロータコア 1 2の周方向に沿って 1\1極と 3極 とが交互に均等に存在するように構成された永久磁石である。 複数の磁極対 1 1 （永久磁石） は、 ロータコア 1 2の外周面全体を覆うように周方向に連 続して配置されている。 また、 複数の磁極対 1 1は、 第 1 ロータ 1 0の中心 軸を中心として放射状に配置されている。
[0025] 複数の磁極対 1 1は、 第 2口ータ 2 0に対向している。 したがって、 磁極 対 1 1 を構成する永久磁石の表面は、 エアギャップ面になっている。 なお、 本実施の形態において、 複数の磁極対 1
Figure imgf000008_0001
は 5である。 し たがって、 高速口ータである第 1 口ータ 1 0の極数は、 1 0である。
[0026] 低速口ータである第 2口ータ 2 0 （第 2回転子） は、 周方向に配置された 複数の磁極片 2 1 （ポールピース） を有する。 複数の磁極片 2 1は、 磁性材 料によって構成された磁束集中手段である。 また、 第 2ロータ 2 0は、 非磁 性材料によって構成された円環状のホルダ 2 2を有しており、 複数の磁極片 2 1は、 ホルダ 2 2に保持されている。 複数の磁極片 2 1は、 ホルダ 2 2の 周方向に沿って等間隔で配置されている。 また、 複数の磁極片 2 1は、 第 2 ロータ 2 0の中心軸を中心として放射状に配置されている。 本実施の形態に おいて、 第 2口ータ 2 0は、 4 1個の磁極片 2 1 を有する。 したがって、 低 速口ータである第 2口ータ 2 0の極対数 （1\1 丨） は、 4 1である。
[0027] 複数の磁極片 2 1は、 第 1 口ータ 1 0の磁極対 1 1 と対向している。 また 、 複数の磁極片 2 1は、 ステータ 3 0のティース 3 1及び複数の磁石 3 4と \¥02020/174936 7 卩（：170?2020/001826
対向している。 複数の磁極片 2 1の表面は、 エアギャップ面になっている。 具体的には、 各磁極片 2 1 において、 第 1 ロータ 1 0側の第 1面 （径方向外 側の面） とステータ 3 0側の第 2面 （径方向内側の面） とは、 エアギャップ 面になっている。
[0028] なお、 第 2口ータ 2 0は、 複数の磁極片 2 1の各々がステータ 3 0に向か って突出するように構成された歯車状の磁性体であってもよい。 この場合、 歯車状の電磁鋼板を積層することで、 第 2ロータ 2 0を作製することができ る。
[0029] ステータ 3 0 （固定子） は、 起磁力を発生させる。 ステータ 3 0は、 複数 のティース 3 1 と、 ヨーク 3 2と、 巻線コイル 3 3と、 磁石 3 4とを有する
[0030] 複数のティース 3 1は、 周方向に沿って配置されている。 具体的には、 複 数のティース 3 1は、 周方向に沿って等間隔で配置されている。 本実施の形 態において、 ステータ 3 0は、 2 4個のティース 3 1 を有している。
[0031 ] また、 複数のティース 3 1は、 ステータ 3 0の中心軸を中心として放射状 に設けられている。 具体的には、 各ティース 3 1は、 円環状のヨーク 3 2か ら径方向内側に突出するように延在している。 つまり、 ヨーク 3 2は、 各テ ィース 3 1の外側に形成されたバックヨークである。 複数のティース 3 1は 、 第 2口ータ 2 0の複数の磁極片 2 1 と対向している。
[0032] 本実施の形態において、 ティース 3 1 とヨーク 3 2とはステータコアとし て一体に構成されている。 例えば、 ティース 3 1及びヨーク 3 2は、 複数枚 の電磁鋼板を積層することによって構成されている。
[0033] 各ティース 3 1は、 ヨーク 3 2の内側に形成された磁極ティースであり、 卷線コイル 3 3の通電により磁力を発生させる電磁石である。 卷線コイル 3 3は、 ステータ 3 0に設けられたステータコイルである。 本実施の形態にお いて、 巻線コイル 3 3は、 複数のティース 3 1の各々に巻回された集中卷コ イルである。 また、 巻線コイル 3 3は、 3相同期モータとして第 1 口ータ 1 0を回転できるように 3相巻線となっている。 なお、 巻線コイル 3 3は、 イ \¥02020/174936 8 卩（：170?2020/001826
ンシュレータ （不図示） を介してティース 3 1 に卷回されていてもよい。
[0034] 隣り合う 2つのティース 3 1の間には、 巻線コイル 3 3を配置するための スロッ トが形成されている。 つまり、 ステータ 3 0のスロッ トは、 隣り合う 2つのティース 3 1の間に対応している。 本実施の形態において、 ステータ 3 0は 2 4個のティース 3 1 を有しているので、 ステータ 3 0のスロッ ト数 は、 2 4である。 つまり、 ステータ 3 0の極対数 （N 3） は、 2 4である。
[0035] 複数のティース 3 1の各々は、 径方向に突出する磁極部 3 1 3を有する。
また、 各ティース 3 1の先端部における幅方向の両端部の各々には凹部 3 1 匕が設けられている。 つまり、 各ティース 3 1 には、 2つの凹部 3 1 匕が設 けられている。 磁極部 3 1 3は、 各ティース 3 1 に 2つの凹部 3 1 匕を設け ることで凸状に構成されている。
[0036] また、 隣り合う 2つのティース 3 1の間には、 スロッ ト開口部 3 1 〇が存 在する。 スロッ ト開口部 3 1 〇は、 隣り合う 2つのティース 3 1の先端部同 士の間に存在する隙間である。
[0037] 各スロッ ト開口部 3 1 〇には、 極性が異なる複数の磁石 3 4 （ステータ磁 石） が配置されている。 つまり、 各スロッ ト開口部 3 1 〇に配置された複数 の磁石 3 4は、 このスロッ ト開口部 3 1 〇を塞ぐように配置されている。 複 数の磁石 3 4は、 ステータ 3 0に配置されたステータ磁石である。
[0038] 本実施の形態において、 各スロッ ト開口部 3 1 〇に配置された複数の磁石
3 4は、 隣り合う 2つのティース 3 1 において、 一方のティース 3 1の磁極 部 3 1 3と他方のティース 3 1の磁極部 3 1 3との間に配置されている。 複 数の磁石 3 4の各々は、 例えば永久磁石である。
[0039] 複数の磁石 3 4は、 少なくとも第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とを含ん でいる。 本実施の形態において、 各スロッ ト開口部 3 1 〇には、 第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕として 2つの永久磁石が配置されている。
[0040] 磁極部
Figure imgf000010_0001
と磁石 3 4
Figure imgf000010_0002
第 2磁石 3 4匕） とは、 第 2 ロータ 2 0の複数の磁極片 2 1 と対向している。 また、 磁極部 3 1 3の前端 面と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3、 第 2磁石 3 4匕） の表面とは、 ステータ 3 \¥02020/174936 9 卩（：170?2020/001826
0のエアギャップ面になっている。 具体的には、 磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とは隙間なく連続して設けられているので、 磁極部 3 1 3の前端面と第 1磁石 3 4 3の表面と第 2磁石 3 4匕の表面とは、 面一で あり、 連続するエアギャップ面になっている。
[0041 ] 第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とは、 第 2口ータ 2 0とのエアギャップ 面に対する極性が逆になっている。 本実施の形態において、 第 1磁石 3 4 3 は、 第 2口ータ 2 0とのエアギャップ面が 1\1極となる永久磁石であり、 第 2 磁石 3 4匕は、 第 2口ータ 2 0とのエアギャップ面が 3極となる永久磁石で ある。 つまり、 各スロッ ト開口部 3 1 〇には、 2配向方向の複数の磁石 3 4 が配置されている。
[0042] 各スロッ ト開口部 3 1 〇に配置された複数の磁石 3 4は、 各ティース 3 1 に設けられた 2つの凹部 3 1 13に配置されている。 具体的には、 各ティース 3 1 において、 第 1磁石 3 4 3は、 ティース 3 1の先端部における幅方向の 一方の端部に設けられた凹部 3 1 匕に収納されており、 第 2磁石 3 4匕は、 ティース 3 1の先端部における幅方向の他方の端部に設けられた凹部 3 1 匕 に収納されている。
[0043] 各スロッ ト開口部 3 1 〇における複数の磁石 3 4の数は、 ステータ 3 0の スロッ ト数と同じである。 つまり、 第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕の各 々の数は、 ステータ 3 0のスロッ ト数と同じである。 本実施の形態において 、 ステータ 3 0のスロッ ト数は 2 4であるので、 ステータ 3 0全体として、
2 4個の第 1磁石 3 4 3と 2 4個の第 2磁石 3 4匕とが配置されている。
[0044] ティース 3 1の磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕とは、 これらを 1組 （一単位） として、 周方向に複数回繰り返して配置されている 。 本実施の形態では、 ステータ 3 0が 2 4個のティース 3 1 を有しているの で、 ティース 3 1の磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕とを 1組として、 これが 2 4回繰り返して配置されている。
[0045] この場合、 図 2に示すように、 ティース 3 1の磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕とは、 隣同士が交互に逆極性となるように周方向に \¥0 2020/174936 10 卩（：170? 2020 /001826
繰り返して配列されている。 図 2は、 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモー 夕 1のステータ 3 0の周方向における極性の分布を模式的に示す図である。
[0046] 具体的には、 図 2に示すように、 磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3及び第 2 磁石 3 4匕とは、 エアギャップ面に 1\!極と 3極とが交互に表れるように配置 されている。 上述のように、 本実施の形態では、 第 1磁石 3 4 3がエアギャ ップ面に 1\!極が表れる極性を有し、 第 2磁石 3 4匕がエアギャップ面に 3極 が表れる極性を有しているので、 ステータ 3 0では、 図 2に示すように、 例 えば、 第 1磁石 3 4 3 （1\!極） 、 第 2磁石 3 4匕 （3極） 、 磁極部 3 1 3 （ !\!極） 、 第 2磁石 3 4匕 （3極） 、 第 1磁石 3 4 3 （1\!極） 、 磁極部 3 1 3 （3極） 、 の順で繰り返して配置されている。 つまり、 第 1磁石 3 4 3 （1\1極） 及び第 2磁石 3 4匕 （3極） は、 1つ置きに配置が逆になってい るとともに、 磁極部 3 1 3についても、 1つ置きに極性が反転して逆極性に なっている。
[0047] このように構成される磁気ギアードモータ 1では、 ステータ 3 0の卷線コ イル 3 3の起磁力によって第 1 口ータ 1 0が回転する。 具体的には、 ステー 夕 3 0の卷線コイル 3 3に通電すると、 界磁電流が卷線コイル 3 3に流れて ティース 3 1 （磁極部 3 1 3） に磁束が発生する。 このティース 3 1で発生 した磁束と第 1 ロータ 1 0 （高速ロータ） の磁極対 1 1から生じる磁束との 相互作用によって生じた磁気力が第 1 ロータ 1 0を回転させるトルクとなり 、 第 1 口ータ 1 0が回転する。 そして、 第 1 口ータ 1 0が回転することで、 高調波磁束によって、 出力軸を有する第 2ロータ 2 0が所定のギア比 （減速 比） にしたがって減速されて回転する。
[0048] ここで、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1の動作原理の詳細に ついて、 以下説明する。
[0049] 磁気減速機の内部に生じる磁束は、 永久磁石の起磁力と磁性体のパーミア ンスとの積で表される。 磁気ギアードモータ 1の内部に生じる磁束を、 数式 を用いて考える。
[0050] まず、 高速口ータである第 1 口ータ 1 0とステータ 3 0の磁石 3 4による \¥02020/174936 11 卩(：170?2020/001826
合計の起磁カ （0, 〇〇 は、 円周方向に正弦波状に存在していると仮定す ると、 以下の （式 1） で表される。
[0051] [数 1] 卩（0,〇〇= 15||11\1[1（0-£3〇+ 25|1'1（1^0） （式：!）
[0052] （式 1） において、 八1及び八2はそれぞれ第 1 口ータ 1 〇 （高速口一夕） 及びステータ 30の磁石 （永久磁石） の起磁力の振幅、
Figure imgf000013_0001
は第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） の極対数、
Figure imgf000013_0002
はステータ 30のスロッ ト数、 《は第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） の回転角度、 0は周方向位置を表している。
[0053] 続いて、 磁性体部のパーミアンスを考える。 低速口ータである第 2口ータ
20とステータ 30とに存在する磁性体のパーミアンス分布 （0， / 3） は 、 円周方向に正弦波状に存在していると仮定すると、 以下の （式 2） で表さ れる。
[0054] [数 2]
13（0,0） = ?〇+卩15||1｛1^|（0-/3）｝+?25 1^0） ·..（式 2）
[0055] （式 2） において、 〇は平均パーミアンス、 ！及び 2はそれぞれ第 2口 —夕 20 （低速口一夕） 及びステータ 30のパーミアンスの振幅、 1\1 ,は第 2 口ータ 20 （低速口一夕） の極数、 /3は第 2口ータ 20 （低速口一夕） の回 転角度を表している。
[0056] そして、 磁気ギアードモータ 1の内部に生じる磁束 ø （0, «， / 3） は、
（式 1） と （式 2） との積で表されるため、 以下の （式 3） となる。
[0057] [数 3]
Figure imgf000013_0003
\¥02020/174936 12 卩（：17 2020/001826
[0058] （式 3） において、 第 1項及び第 2項は、 磁石 3 4の極数と同じ次数の基 本波磁束であり、 第 3項以降は、 磁性体との組み合わせによって生じた変調 波磁束である。 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1では、 以下の （ 式 4） の関係が成り立つ極数の組み合わせになっている。
[0059] [数 4]
1^=1^-!^ · · ·（式 4）
[0060] （式 3） において、 （式 4） が成立する場合を考える。 （式 3） の第 3項 の変調波磁束の次数がステータ 3 0の磁束の次数と等しくなるため、 両者は カップリングする。 これによって、 ステータ 3 0の磁束とカップリングした 変調波は固定されるため、 以下の （式 5） が成り立つ。
[0061 ] [数 5] （式 5）
Figure imgf000014_0001
[0062] このとき、 第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） の回転角度と第 2口ータ 2 0 （ 低速ロータ） の回転角度との比は、 極数の組み合わせによって一意に決定す ることが分かる。 この関係は、 ギア比 （減速比） ◦ 「として、 以下の （式 6 ） で表される。
[0063] [数 6]
Figure imgf000014_0002
[0064] なお、 ギア比 が正の場合は、 第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） と第 2口一 夕 2 0 （低速口一夕） とが同一方向に回転することを示しており、 ギア比
Figure imgf000014_0003
が負の場合は、 第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） と第 2口ータ 2 0 （低速口一 夕） とが逆方向に回転することを示している。 例えば、 （式 3） の第 4項で 表される変調波磁束の次数とステータ 3 0の磁束の次数とがカツプリングす るような極数の選択を行うことで、 第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） と第 2口 —夕 2 0 （低速口一夕） との回転方向が逆向きとなる。
[0065] そして、 ステータ 3 0の極数を、 1 . 5倍、 2倍、 3倍にすると、 それに \¥02020/174936 13 卩（：17 2020/001826
伴って、 （式 4） により、 第 2口ータ 2 0 （低速口一夕） の極数 1\1 |も増加す ることになる。 これにより、 （式 6） の値が変化し、 ギア比が大きくなって いく。 つまり、 ギア比が大きい磁気ギアードモータを実現することができる
[0066] 次に、 本実施の形態に係る磁気ギアードモータ 1の具体的な特徴について 、 比較例の磁気ギアードモータ 1 Xと比較して説明する。 図 3は、 比較例の 磁気ギアードモータ 1 Xの断面図であり、 図 4は、 同磁気ギアードモータ 1 Xのステータ 3 0 Xの周方向における極性の分布を模式的に示す図である。
[0067] 図 3及び図 4に示すように、 比較例の磁気ギアードモータ 1 Xは、 図 1 に 示される磁気ギアードモータ 1 に対して、 各スロッ ト開口部 3 1 〇に配置さ れた磁石 3 4 Xの構成が異なる。
[0068] 具体的には、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1では、 各スロッ 卜開口部 3 1 〇には、 極性が異なる複数の磁石 3 4が配置されていたのに対 して、 比較例の磁気ギアードモータ 1 Xでは、 図 3に示すように、 各スロッ 卜開口部 3 1 〇には、 1つの磁石 3 4乂が配置されている。
[0069] そして、 図 4に示すように、 比較例の磁気ギアードモータ 1 Xでは、 ティ —ス 3 1の磁極部 3 1 3と磁石 3 4 Xとは、 エアギャップ面に 1\1極と 3極と が交互に表れるように配置されている。 これにより、 ステ _夕 3 0乂に配置 された複数の磁石 3 4 Xは、 エアギャップ面に対して互いに同一の極性を有 するとともに、 ステータ 3〇乂の複数の磁極部 3 1 3についても、 エアギャ ップ面に対して互いに同一の極性を有している。 具体的には、 全ての磁石 3 4乂がエアギャップ面に 1\1極を有しており、 また、 全ての磁極部 3 1 3がエ アギャップ面に 3極を有しており、 磁石 3 4乂 （1\1極） 、 磁極部 3 1 3 （3 極） 、 磁石 3 4乂 （1\1極） 、 磁極部 3 1 3 （3極） 、 の順で繰り返し て配置されている。
[0070] このように構成された比較例の磁気ギアードモータ 1 Xでは、 ステータ 3
〇乂の磁石 3 4乂による起磁力の次数 （ステータ磁石起磁力次数） が、 ステ —夕 3 0 Xのスロッ ト数と同様に、 2 4次となっている。 また、 図 3に示さ \¥02020/174936 14 卩（：170?2020/001826
れる構造の比較例の磁気ギアードモータ 1 Xでは、 ギア比◦ 「 （= |\! I / ） が 5 . 8である。
[0071 ] これに対して、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1では、 各スロ ッ ト開口部 3 1 〇には、 極性が異なる複数の磁石 3 4が配置されている。 具 体的には、 各スロッ ト開口部 3 1 〇には、 極性が異なる第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4 との 2つの永久磁石が配置されている。
[0072] この構成により、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1では、 比較 例の磁気ギアードモータ 1 Xに対して、 ステータ 3 0の磁石 3 4による起磁 力の次数を 1 . 5倍にすることができる。 具体的には、 本実施の形態におけ る磁気ギアードモータ 1では、 ステータ 3 0の磁石 3 4による起磁力の次数 （ステータ磁石起磁力次数） が 3 6次となる。 これにより、 第 2ロータ 2 0 の磁極片 2 1の極対数を大きく してギア比を増加させることができるので、 トルク密度を向上させることができる。 具体的には、 図 1 に示される構造の 磁気ギアードモータ 1では、 ギア比◦ 「 （= 1\1 丨 / 1\^） が 8 . 2となって いる。
[0073] 以上、 本実施の形態に係る磁気ギアードモータ 1 によれば、 高いギア比を 得ることができ、 高トルクの磁気ギアードモータ 1 を実現することができる
[0074] （実施の形態 2）
次に、 実施の形態 2に係る磁気ギアードモータ 1 について、 図 5及び図 6を用いて説明する。 図 5は、 実施の形態 2に係る磁気ギアードモータ 1 八 の断面図であり、 図 6は、 同磁気ギアードモータ 1 八のステータ 3 0八の周 方向における極性の分布を模式的に示す図である。
[0075] 図 5に示すように、 本実施の形態に係る磁気ギアードモータ 1 は、 上記 実施の形態 1 に係る磁気ギアードモータ 1 と同様に、 第 1 口ータ 1 0と、 第 2口ータ 2 0と、 ステータ 3 0八とを備えている。 第 1 口ータ 1 0、 第 2口 —夕 2 0及びステータ 3 0八は、 同軸で配置されている。 また、 本実施の形 態でも、 ステータ 3 0八は、 複数のティース 3 1 八、 ヨーク 3 2、 巻線コイ \¥02020/174936 15 卩（：170?2020/001826
ル 3 3及び複数の磁石 3 4を有する。
[0076] 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1 は、 上記実施の形態 1 にお ける磁気ギアードモータ 1 に対して、 ティース 3 1 八の磁極部 3 1 3の構成 が異なる。
[0077] 具体的には、 上記実施の形態 1では、 複数のティース 3 1の各々には 1つ の磁極部 3 1 3が設けられていたのに対し、 本実施の形態では、 複数のティ —ス 3 1 の各々には複数の磁極部 3 1 3が設けられている。 複数の磁極部 3 1 3は、 歯車状に構成されており、 各磁極部 3 1 3は、 ティース 3 1 八に おける小歯である。 具体的には、 各ティース 3 1 八には、 ティース 3 1 八の 先端部における幅方向の両端部の各々と中央部とに凹部 3 1 匕 （つまり 3つ の凹部 3 1 匕） が設けられることで、 2つの磁極部 3 1 3が設けられている 。 本実施の形態でも、 各磁極部 3 1 3は、 径方向に突出している。
[0078] さらに、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1 は、 上記実施の形 態 1 における磁気ギアードモータ 1 に対して、 ステータ 3 0八に配置された 複数の磁石 3 4の配置も異なっている。
[0079] 具体的には、 複数の磁石 3 4は、 隣り合う 2つのティース 3 1 八の間に存 在するスロッ ト開口部 3 1 〇に配置された第 1磁石 3 4 3と、 複数のティー ス 3 1 八の各々において、 隣り合う 2つの磁極部 3 1 8の間に配置された第 2磁石 3 4匕とを含む。
[0080] 本実施の形態において、 第 1磁石 3 4 3は、 各スロッ ト開口部 3 1 〇に 1 つ配置されている。 具体的には、 第 1磁石 3 4 3は、 隣り合う 2つのティー ス 3 1 八の一方のティース 3 1 八の凹部 3 1 13と他方のティース 3 1 八の凹 部 3 1 13とで構成される 1つの凹部に収納されている。
[0081 ] また、 第 2磁石 3 4匕は、 各ティース 3 1 八に 1つ配置されている。 具体 的には、 第 2磁石 3 4匕は、 ティース 3 1 八の先端部における幅方向の中央 部に設けられた凹部 3 1 13に収納されている。
[0082] 磁極部
Figure imgf000017_0001
と磁石 3 4
Figure imgf000017_0002
第 2磁石 3 4匕） とは、 第 2 ロータ 2 0の複数の磁極片 2 1 と対向している。 また、 磁極部 3 1 3の前端 \¥02020/174936 16 卩（：170?2020/001826
面と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3、 第 2磁石 3 4匕） の表面とは、 ステータ 3 0八のエアギャップ面になっている。 具体的には、 磁極部 3 1 3と第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とは隙間なく連続して設けられているので、 磁極部 3 1 3の前端面と第 1磁石 3 4 3の表面と第 2磁石 3 4匕の表面とは、 面一 であり、 連続するエアギャップ面になっている。
[0083] さらに、 本実施の形態における磁気ギアードモータ 1 は、 上記実施の形 態 1 における磁気ギアードモータ 1 に対して、 複数の磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3、 第 2磁石 3 4 13） の極性も異なっている。
[0084] 具体的には、 上記実施の形態 1 においては、 第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4 13とは、 交互に逆極性となるように周方向に配列されていたが、 本実施の 形態においては、 第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とは、 同じ極性となるよ うに周方向に配列されている。 つまり、 本実施の形態において、 第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕とは、 第 2口ータ 2 0とのエアギャップ面に対して同 —の極性になっている。 このように、 本実施の形態では、 全ての磁石 3 4が 同じ極性になっており、 第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕が同じ配向にな っている。 具体的には、 第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕は、 いずれも、 第 2口ータ 2 0とのエアギャップ面が 1\1極となっている。 また、 第 1磁石 3 と第 2磁石 3 4匕を含めた全ての複数の磁石 3 4は、 周方向に沿って等 間隔で配置されている。 なお、 第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕は、 いず れも永久磁石である。
[0085] また、 本実施の形態において、 複数の磁石 3 4の数は、 ステータ 3 0八の スロッ ト数の 2倍である。 具体的には、 ステータ 3 0八のスロッ ト数は 2 4 であるので、 4 8個の磁石 3 4が用いられている。 より具体的には、 各スロ ッ ト開口部 3 1 〇に対応する 2 4個の第 1磁石 3 4 3と各ティース 3 1 八に 対応する 2 4個の第 2磁石 3 4匕とが用いられている。
[0086] 図 6に示すように、 本実施の形態において、 ティース 3 1 の磁極部 3 1
3と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3又は第 2磁石 3 4匕） とは、 交互に逆極性と なるように周方向に配列されている。 図 6は、 実施の形態 2に係る磁気ギア \¥02020/174936 17 卩（：170?2020/001826
—ドモータ 1 八のステータ 3 0八の周方向における極性の分布を模式的に示 す図である。
[0087] 具体的には、 図 6に示すように、 磁極部 3 1 3と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4
3又は第 2磁石 3 4匕） とは、 エアギャップ面に 1\!極と 3極とが交互に表れ るように配置されている。 上述のように、 本実施の形態では、 磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3及び第 2磁石 3 4匕） がエアギャップ面に 1\!極が表れる極性を 有しているので、 ステータ 3 0八では、 図 6に示すように、 例えば、 第 1磁 石 3 4 3 （1\!極） 、 磁極部 3 1 3 （3極） 、 第 2磁石 3 4匕 （1\!極） 、 磁極 部 3 1 3 （3極） 、 第 1磁石 3 4 3 （1\!極） 、 磁極部 3 1 3 （3極） 、 第 2 磁石 3 4匕 （1\1極） の順で繰り返して配置されている。
[0088] なお、 本実施の形態において、 高速口ータである第 1 口ータ 1 0は、 上記 実施の形態 1 と同じである。 具体的には、 本実施の形態でも、 第 1 ロータ 1 〇の複数の磁極対 1 1の極対数 （1\1 ） は 5であり、 第 1 ロータ 1 0の極数 は、 1 0である。
[0089] また、 本実施の形態において、 低速口ータである第 2口ータ 2 0は、 上記 実施の形態 1 と同様に、 複数の磁極片 2 1 を有するが、 本実施の形態におい て、 複数の磁極片 2 1の数は、 実施の形態 1 と異なる。 具体的には、 本実施 の形態における第 2口ータ 2 0は、 5 3個の磁極片 2 1 を有しており、 第 2 口ータ 2 0の極対数 （1\1 I） は、 5 3である。
[0090] このように構成される磁気ギアードモータ 1 八では、 ステータ 3 0八の磁 石 3 4による起磁力の次数を 2倍にすることができる。 具体的には、 本実施 の形態における磁気ギアードモータ 1 八では、 ステータ 3 0八の磁石 3 4に よる起磁力の次数 （ステータ磁石起磁力次数） が 4 8次となる。 これにより 、 第 2ロータ 2 0の磁極片 2 1の極対数を大きく してギア比を増加させるこ とができるので、 トルク密度を向上させることができる。 具体的には、 図 5 に示される構造の磁気ギアードモータ 1 八では、 ギア比◦ 「 （= 1\1 丨 / 1\1 ） が 1 〇. 6となっている。
[0091 ] 以上、 本実施の形態に係る磁気ギアードモータ 1 八でも、 高いギア比を得 \¥02020/174936 18 卩（：170?2020/001826
ることができ、 高トルクの磁気ギアードモータ 1 八を実現することができる
[0092] なお、 本実施の形態では、 複数の磁石 3 4の数は、 ステータ 3 0八のスロ ッ ト数の 2倍としたが、 これに限らない。 例えば、 図 7に示される磁気ギア —ドモータ 1 巳のように、 複数の磁石 3 4の数は、 ステータ 3 0巳のスロッ 卜数の 3倍としてもよい。 具体的には、 ステータ 3 0巳のスロッ ト数は 2 4 であるので、 7 2個の磁石 3 4が用いられている。
[0093] この場合、 図 8に示すように、 本変形例でも、 ティース 3 1 巳の磁極部 3
1 3と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3又は第 2磁石 3 4匕） とは、 交互に逆極性 となるように周方向に配列されている。 なお、 本変形例において、 第 2口一 夕 2 0は、 7 7個の磁極片 2 1 を有しており、 第 2口一夕 2 0の極対数 （
1） は、 7 7である。
[0094] このように構成される磁気ギアードモータ 1 巳では、 ステータ 3 0巳の磁 石 3 4による起磁力の次数を 3倍にすることができる。 具体的には、 本変形 例における磁気ギアードモータ 1 巳では、 ステータ 3 0巳の磁石 3 4による 起磁力の次数 （ステータ磁石起磁力次数） が 7 2次となる。 これにより、 第
2ロータ 2 0の磁極片 2 1の極対数を大きく してギア比を増加させることが できるので、 トルク密度を向上させることができる。 具体的には、 図 7に示 される構造の磁気ギアードモータ 1 巳では、 ギア比◦ 「 （= 丨 / 1\1 ） が 1 5 . 4となっている。
[0095] 以上、 本変形例に係る磁気ギアードモータ 1 巳でも、 高いギア比を得るこ とができ、 高トルクの磁気ギアードモータ 1 巳を実現することができる。
[0096] （実施例）
次に、 図 3に示される比較例の磁気ギアードモータ 1 Xを 「比較例」 とし 、 図 1 に示される磁気ギアードモータ 1 を 「実施例 1」 とし、 図 5に示され る磁気ギアードモータ 1 八を 「実施例 2」 とし、 図 7に示される磁気ギアー ドモータ 1 巳を 「実施例 3」 として、 ステータに集中巻コイルを用いた 1 0 極 2 4スロッ トモデルの磁気ギアードモータの性能について、 シミュレーシ ヨンによる検討を行った。 以下、 その検討結果について説明する。
[0097] 上述のとおり、 ステータに配置された磁石 34又は 34 Xによる起磁力の 次数 （ステータ磁石起磁力次数） については、 比較例では 24、 実施例 1で は 36、 実施例 2では 48、 実施例 3では 72である。 また、 ギア比 G rに ついては、 比較例では 5. 8、 実施例 1では 8. 2、 実施例 3では 1 0. 6 、 実施例 3では 1 5. 4である。
[0098] 図 9は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3の逆起電力定数 （ B a c k EMF c o n s t a n t） を示す図である。 図 9に示すように、 ギ ア比が増加するにしたがって、 逆起電力定数が上昇することが分かる。
[0099] 図 1 0は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3において、 ステータ 側のエアギャップの主磁束 （5次） と変調波磁束とを示す図である。 なお、 図 1 0において、 縦軸は、 磁束密度 （Ma g n e t i c f l u x d e n s i t y） を示している。
[0100] 図 1 0に示すように、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3のいずれ においても、 主磁束 （5次） が発生しているとともに、 各ステータ磁石起磁 力次数に対応する高調波磁束が発生していることが分かる。
[0101] 図 1 1は、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3において、 変調波磁 束 （Mo d u l a t e d m a g n e t i c f l u x） と最大伝達トルク （Ma x i m u m t r a n s m i s s i o n t o r q u ej と ¾ す図 である。 なお、 変調波磁束は、 磁束密度で示している。
[0102] 図 1 1 に示すように、 実施例 1 を除いて、 変調波磁束の振幅と脱調トルク の大きさとには相関関係があることが分かる。
[0103] ここで、 実施例 1 について、 脱調トルクが低い要因について検討したとこ ろ、 1つの磁石 34に対してステータ 30のステータコアの体積が大きく、 磁極中心位置がずれて第 1 ロータ （高速ロータ） の変調波磁束とステータ 3 〇の起磁力の位相とが一致していないことが原因であることを突き止めた。
[0104] そこで、 図 1 2に示すように、 実施例 1の磁気ギアードモータ 1 において 、 磁石 34 （ステータ磁石） の体積を調整して磁極中心位置を等間隔にした 磁気ギアードモータ （実施例 1’ ） を考えた。 具体的には、 実施例 1’ の磁 気ギアードモータは、 実施例 1の磁気ギアードモータにおいて、 第 1磁石 3 4 a及び第 2磁石 34 bの幅を大きく し、 第 1磁石 34 aと第 2磁石 34 b と磁極部 3 1 aの幅をほぼ同じにした。 この場合、 実施例 1 における第 1磁 石 34 a及び第 2磁石 34 bの平面視の面積 （ステータ磁石面積） は 265 mm2であったが、 実施例 1’ における第 1磁石 34 a及び第 2磁石 34 bの 平面視の面積 （ステータ磁石面積） は 3 1 5 mm2であった。
[0105] このとき、 実施例 1 と実施例 1’ とについての特性を図 1 3 A及び図 1 3
Bに示す。 図 1 3 Aは、 実施例 1及び実施例 1’ における主磁束 （5次） と 変調波磁束とを示す図である。 図 1 3巳は、 実施例 1及び実施例 1’ におけ る逆起電力定数と最大伝達トルクとを示す図である。
[0106] 実施例 1’ の磁気ギアードモータは、 第 1 口ータ 1 0 （高速口一夕） の変 調波磁束とステータ 30の起磁力の位相とが一致しているとともに、 実施例 1の磁気ギアードモータに比べて磁石 34 （ステータ磁石） の体積が増加し ている。 これにより、 図 1 3 A及び図 1 3 Bに示すように、 実施例 1’ の磁 気ギアードモータでは、 逆起電力定数が低下するが、 脱調トルクを増加させ ることができる。
[0107] この結果をもとに、 図 1 1 において、 実施例 1 を実施例 1’ に入れ替えて まとめ直すと、 図 1 4 Aに示す結果が得られる。 図 1 4 Aは、 比較例、 実施 例 1’ 、 実施例 2及び実施例 3において、 変調波磁束 （Mo d u l a t e d m a g n e t i c f l u x） と最大伝達トルク （Ma x i m u m t r a n s m i s s i o n t o r q u e） とを示す図である。 なお、 変調波磁 束は、 磁束密度で示している。 また、 図 1 4巳は、 比較例、 実施例 1’ 、 実 施例 2及び実施例 3において、 最大伝達トルクと逆起電力定数とを示す図で ある。
[0108] 図 1 4 Aに示すように、 比較例、 実施例 1’ 、 実施例 2及び実施例 3につ いては、 ギア比が増加するにしたがって、 変調波磁束と最大伝達トルクが減 少することが分かる。 \¥0 2020/174936 21 卩（：170? 2020 /001826
[0109] また、 図 1 4巳に示すように、 比較例、 実施例 1’ 、 実施例 2及び実施例
3については、 ギア比が増加するにしたがって、 逆起電力定数が上昇するこ とも分かる。
[01 10] 次に、 比較例、 実施例 1、 実施例 2及び実施例 3の磁気ギアードモータに 関して、 具体的な極スロッ トの選定 （絞り込み） の一例について、 図 1 5、 図 1 6及び図 1 7を用いて説明する。
[01 1 1 ] なお、 図 1 5、 図 1 6及び図 1 7では、 高速口ータ （第 1 口ータ 1 0） の 磁石極数とステータ 3 0のスロッ ト数との組み合わせを示しており、 低速口 —夕 （第 2口ータ 2 0） の磁極数は示していないが、 低速口ータ （第 2口一 夕 2 0） の磁極数については、 高速口ータ （第 1 口ータ 1 0） とステータ 3 0のスロッ ト数とが決まれば決めることができるので、 図示していない。 ま た、 図 1 5、 図 1 6及び図 1 7において、 空白欄は、 そもそもモータとして 成立しない組み合わせを示している。
[01 12] まず、 高速口ータ （第 1 口ータ 1 0） とステータ 3 0との幾何学対称性の 有無については、 図 1 5に示される結果となる。 図 1 5において、 「〇」 は 、 高速口ータ （第 1 口ータ 1 0） とステータ 3 0とが幾何学対称性を有して おり、 高速ロータが偏心することなく回転する組み合わせを示している。 一 方、 「X」 は、 高速ロータ （第 1 ロータ 1 0） とステータ 3 0とが幾何学対 称性を有しておらず、 高速ロータが偏心して回転するおそれがある組み合わ せを示している。
[01 13] 次に、 ギア比が整数倍になると、 磁束の短絡部が多くなってコギングトル クが発生するおそれがあるので、 ギア比が整数倍となる組み合わせを 「X」 として図 1 5から除去すると、 図 1 6に示す組み合わせに絞り込まれる。
[01 14] そして、 図 1 6で残った組み合わせ （図 1 6の 「〇」 ） について、 卷線係 数 Xギア比 （=トルク） を算出すると、 図 1 7に示す結果となる。
[01 15] 図 1 7に示す結果から、 巻線係数 Xギア比の値が大きい、 1 0極 2 4スロ ッ トと 8極 1 8スロッ トを中心に検討すればよいことが分かる。
[01 16] 以上説明したように、 実施例 1、 実施例 1’ 、 実施例 2及び実施例 3にお \¥02020/174936 22 卩（：170?2020/001826
ける磁気ギアードモータによれば、 集中卷コイルを有するステータに配置さ れた磁石 3 4 （ステータ磁石） によって得られる起磁力を、 比較例の磁気ギ アードモータに対して、 1 . 5倍 （実施例 1、 1’ ） 、 2倍 （実施例 2） 、
3倍 （実施例 3） にすることができるので、 高いギア比を有する磁気ギアー ドモータを実現することができる。 また、 高いギア比にすることによって、 変調波磁束の振幅と脱調トルクとが低下するとともに、 誘起電圧定数が向上 することも確認できた。
[01 17] （変形例）
以上、 本開示に係る磁気ギアードモータについて、 実施の形態 1、 2及び 実施例に基づいて説明したが、 本開示は、 上記実施の形態 1、 2及び実施例 に限定されるものではない。
[01 18] 例えば、 上記実施の形態 1では、 隣り合う 2つのティース 3 1の磁極部 3
1 8の極性が異なっているため、 図 1 8の左図に示すように、 ヨーク 3 2を 介して磁束のループが生じている。 このため、 高速口ータである第 1 口ータ 1 0の磁束が磁石 3 4の磁束を強めることとなり、 磁石 3 4によってティー ス 3 1 に磁気飽和が生じやすくなる。 そこで、 図 1 8の右図に示されるステ —夕 3 0〇のように、 スロッ ト開口部 3 1 〇 （空隙） を磁性部材 3 5で埋め るとよい。 これにより、 磁性部材 3 5による磁束のパスを形成することがで きるので、 ヨーク 3 2を通る磁束を低下させることができる。 なお、 磁性部 材 3 5の別部品を用いてスロッ ト開口部 3 1 〇を埋めるのではなく、 隣り合 う 2つのティース 3 1同士を接続することでスロッ ト開口部 3 1 〇を埋めて もよい。
[01 19] また、 上記実施の形態 1 において、 スロッ ト開口部 3 1 〇には 2配向の複 数の磁石 3 4を配置したが、 これに限らない。 例えば、 スロッ ト開口部 3 1 〇には 2配向以上の複数の磁石 3 4を配置していてもよい。
[0120] また、 上記実施の形態 1、 2及び実施例において、 第 1 ロータ 1 0、 第 2 口ータ 2 0及びステータ 3 0〜 3 0巳は、 この順で径方向内側から径方向外 側に向かって配置されていたが、 これに限らない。 例えば、 径方向内側から \¥02020/174936 23 卩（：170?2020/001826
径方向外側に向かって、 第 1 ロータ 1 0、 ステータ 3 0〜 3 0巳及び第 2口 —夕 2 0の順で配置されていてもよいし、 ステータ 3 0〜 3 0巳、 第 1 口一 夕 1 0及び第 2口ータ 2 0の順で配置されていてもよいし、 その他の順で配 置されていてもよい。
[0121 ] また、 上記実施の形態 1、 2及び実施例では、 ステータ 3 0〜 3 0（3の巻 線コイル 3 3として集中巻コイルを用いたが、 これに限らない。 例えば、 巻 線コイル 3 3として、 分布卷コイルを用いてもよい。
[0122] また、 上記実施の形態 1、 2及び実施例において、 極性が異なる境界部分 にはフラックスバリアが設けられていてもよい。 例えば、 上記実施の形態 1 、 2及び実施例において、 磁極部 3 1 3と磁石 3 4 （第 1磁石 3 4 3、 第 2 磁石 3 4匕） との間にフラックスバリアが設けられていてもよい。 また、 上 記実施の形態 1 において、 第 1磁石 3 4 3と第 2磁石 3 4匕との間にもフラ ックスバリアが設けられていてもよい。 なお、 フラックスバリアは、 隙間 （ 空気層） であってもよいし、 非磁性材料によって構成された充填部材等であ ってもよい。
[0123] その他、 上記各実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得 られる形態や、 本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における 構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含 まれる。
産業上の利用可能性
[0124] 本開示は、 八 〇等をはじめとして種々の電気機器等に利用することがで きる。
符号の説明
[0125] 1、 1 八、 1 巳 磁気ギアードモータ
1 0 第 1 ロータ
1 1 磁極対
1 2 口一タコア
2 0 第 2ロータ \¥02020/174936 24 卩（：170?2020/001826
2 1 磁極片
22 ホルダ
30、 30八、 30巳、 300 ステータ
31、 31 八、 31 巳 テイース
31 3 磁極部
31 匕 凹部
31 〇 スロツ ト開口部
32 ヨーク
33 巻線コイル
34 磁石
343 第 1磁石
34匕 第 2磁石
35 磁性部材

Claims

\¥02020/174936 25 卩（：17 2020/001826 請求の範囲
[請求項 1 ] 複数のティースを有するステータと、
前記ステータの起磁力により回転する第 1 口一夕と、
前記第 1 口一夕よりも低速で回転する第 2口ータとを備え、 前記第 1 ロータ、 前記第 2ロータ及び前記ステータは、 同軸で配置 され、
隣り合う 2つの前記ティースの間に存在するスロッ ト開口部の各々 には、 極性が異なる複数の磁石が配置されている、 磁気ギアードモータ。
[請求項 2] 前記複数のティースの各々は、 径方向に突出する磁極部を有し、 前記複数の磁石は、 少なくとも第 1磁石と第 2磁石とを含み、 前記磁極部と前記第 1磁石と前記第 2磁石とは、 隣り同士が交互に 逆極性となるように周方向に繰り返して配列されている、
請求項 1 に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 3] 前記第 1磁石及び前記第 2磁石の各々の数は、 前記ステータのスロ ッ ト数と同じである、
請求項 2に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 4] 複数のティースを有し、 起磁力を発生させるステータと、
前記起磁力により回転する第 1 口一夕と、
前記第 1 口一夕が回転することで、 前記第 1 口一夕よりも低速で回 転する第 2口ータとを備え、
前記第 1 ロータ、 前記第 2ロータ及び前記ステータは、 同軸で配置 され、
前記複数のティースの各々は、 各々が径方向に突出する複数の磁極 部を有し、
前記ステータには、 複数の磁石が配置され、
前記複数の磁石は、 隣り合う 2つの前記ティースの間に存在するス ロッ ト開口部に配置された第 1磁石と、 前記複数のティースの各々に \¥02020/174936 26 卩（：170?2020/001826
おいて、 隣り合う 2つの前記磁極部の間に配置された第 2磁石とを含 み、
前記第 1磁石と前記第 2磁石とは、 同じ極性となるように周方向に 配列されている、
磁気ギアードモータ。
[請求項 5] 前記複数の磁石の数は、 前記ステータのスロッ ト数の 2倍である、 請求項 4に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 6] 前記複数の磁石の数は、 前記ステータのスロッ ト数の 3倍である、 請求項 4に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 7] 前記第 1 ロータ、 前記第 2ロータ及び前記ステータは、 この順で径 方向内側から径方向外側に向かって配置されており、 前記第 1 ロータは、 周方向に配置された複数の磁極対を有し、 前記第 2ロータは、 前記磁極対と対向し、 かつ、 周方向に配置され た複数の磁極片を有し、
前記複数のティースは、 前記複数の磁極片と対向している、 請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 8] 前記ステータは、 卷線コイルを有し、
前記複数のティースの各々は、 前記卷線コイルの通電により磁力を 発生させる電磁石である、
請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の磁気ギアードモータ。
[請求項 9] 前記卷線コイルは、 集中卷コイルである、
請求項 8に記載の磁気ギアードモータ。
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