WO2023249056A1 - 動力伝達装置 - Google Patents

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WO2023249056A1
WO2023249056A1 PCT/JP2023/022954 JP2023022954W WO2023249056A1 WO 2023249056 A1 WO2023249056 A1 WO 2023249056A1 JP 2023022954 W JP2023022954 W JP 2023022954W WO 2023249056 A1 WO2023249056 A1 WO 2023249056A1
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WO
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wall
power transmission
magnetic
pole magnet
transmission device
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/022954
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
泰三 山本
貴浩 三成
博貴 中川
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device.
  • Patent Documents 1 to 5 disclose devices that utilize magnetic couplings to transmit power from one side of a partition wall to the other.
  • Patent Document 1 discloses a device that transmits power from a motor provided in a normal space to a refrigerant passage of a refrigerator or into a vacuum chamber.
  • Patent Document 2 discloses a device that transmits rotational power from outside to inside of a vacuum chamber to rotationally drive a holding mechanism for a sample container within the vacuum chamber.
  • Patent Document 3 discloses a device for transporting a substrate in a vacuum chamber, in which driving force for a transport roller is transmitted from a drive magnet in the atmosphere through a partition wall.
  • Patent Document 4 discloses a device that transmits rotational power from a motor placed outside a water tank to an impeller inside the water tank in a plant.
  • Patent Document 5 discloses a device for transmitting rotational power from a motor placed outside a partition wall to a rotating shaft inside the partition wall in a screw compressor or pump.
  • An object of the present invention is to provide a power transmission device that can transmit power across walls and has high power transmission performance.
  • the power transmission device includes: The device includes a wall and a magnetic modulation gear, and some elements of the magnetic modulation gear are located on the wall.
  • power can be transmitted through the wall by the magnetic modulation gear.
  • high power transmission performance can be obtained by the magnetic modulation gear.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a power transmission device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A.
  • 3 is a graph showing the transmission torque ratio of Embodiment 1 and a comparative example. 3 is a graph showing the volume ratio of motors in Embodiment 1 and a comparative example.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to a second embodiment.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to a third embodiment.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a power transmission device according to a ninth embodiment.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to a thirteenth embodiment.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a power transmission device according to a fourteenth embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the wall and modulator ring of FIG. 7;
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a power transmission device according to Embodiment 1, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the power transmission device, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
  • the direction along the rotation axis Ax of the power transmission device 1 will be referred to as the axial direction
  • the direction perpendicular to the rotation axis Ax will be referred to as the radial direction
  • the rotation direction around the rotation axis Ax will be referred to as the circumferential direction.
  • the power transmission device 1 is a device that transmits power from one side of the wall 10 to the other side.
  • the power transmission device 1 includes a wall 10 and a magnetic modulation gear 20.
  • the magnetic modulation gear 20 includes a small-pole magnet 21, a multi-pole magnet 22, and a plurality of magnetic pole pieces 23.
  • these will also be referred to as the "three elements" of the magnetic modulation gear 20.
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 correspond to an example of a modulator ring according to the present invention.
  • Each of the three elements described above has an annular configuration continuous in the circumferential direction or an annular configuration aligned in the circumferential direction.
  • the three elements are arranged in order in a predetermined direction, and two adjacent elements face each other in the predetermined direction.
  • this direction will be referred to as the "opposing direction.”
  • the opposing direction is the radial direction
  • the three elements of the magnetic modulation gear 20 are, from the inner circumferential side to the outer circumferential side, a small-pole magnet 21, a plurality of magnetic pole pieces 23, and a multi-pole magnet. They are arranged in the order of magnets 22.
  • the magnetic modulation gear 20 is a gear that transmits power using magnetic force, and includes two rows of magnets with different numbers of pole pairs, and transmits power by changing the rotation speed and torque.
  • the small-pole magnet 21 is an annular magnet (for example, a permanent magnet), and the direction of the magnetic poles is reversed at predetermined intervals in the circumferential direction. Each magnetic pole faces in the above-mentioned opposing direction. A combination of one N pole and one S pole adjacent to each other in the circumferential direction is called a "pole pair.”
  • the multipolar magnet 22 is an annular magnet (for example, a permanent magnet), and the direction of the magnetic poles is reversed at predetermined intervals in the circumferential direction. Each magnetic pole faces in the above-mentioned opposing direction.
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are made of a magnetic material (for example, an iron-based member) and are arranged at intervals in the circumferential direction. In the circumferential direction, the magnetic resistance is low at the location where the magnetic pole piece 23 is located, and the magnetic resistance is high at the location (interval portion) where the magnetic pole piece 23 is not located. That is, a configuration in which a plurality of magnetic pole pieces 23 are arranged at intervals results in a configuration in which magnetic resistance changes periodically along the circumferential direction.
  • Some elements of the magnetic modulation gear 20 are located on the wall 10.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the wall 10.
  • the wall 10 may be a non-magnetic material, and the magnetic pole piece 23 may be embedded in the wall 10.
  • An annular yoke 31 may be provided inside the small-pole magnet 21 in the radial direction.
  • the small pole magnet 21 and the yoke 31 are fixed to the first rotating shaft 41.
  • the first rotating shaft 41 is rotatably supported by a frame 52 via a bearing 51.
  • the bearing 51 may be various types of bearings such as a rolling bearing, a sliding bearing, and a fluid bearing.
  • An annular yoke 32 may be provided on the radially outer side of the multipolar magnet 22.
  • the multipolar magnet 22 and the yoke 32 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the second rotating shaft 42 is rotatably supported by the frame 54 via a bearing 53.
  • the bearing 53 may be various types of bearings such as a rolling bearing, a sliding bearing, a fluid bearing, and the like.
  • the first rotating shaft 41 and the frame 52 and the second rotating shaft 42 and the frame 54 are arranged on one side and the other side with the wall 10 interposed therebetween, respectively.
  • the wall 10 has a cylindrical portion that partially protrudes in a cylindrical shape to enable the arrangement of the magnetic modulation gear 20 described above.
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are located in the cylindrical portion.
  • the second rotating shaft 42 has a cylindrical portion with a large diameter and a hollow interior.
  • the multipolar magnet 22 is located in the cylindrical portion.
  • the small pole magnet 21 fixed to the first rotating shaft 41 is located inside the cylindrical portion of the wall 10 in the radial direction
  • the cylindrical portion of the second rotating shaft 42 is located outside the cylindrical portion of the wall 10 in the radial direction. They are spaced apart from each other. That is, the small-pole magnet 21 and the multi-pole magnet 22 are arranged to face the inner and outer surfaces of the cylindrical portion, respectively.
  • the small-pole magnet 21, the multi-polar magnet 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23 can be arranged in order in the radial direction while facing each other in the radial direction.
  • the wall body 10 may be a partition wall that blocks the passage of gas or liquid between one side and the other side of the wall body 10. That is, the wall 10 may constitute a part of the container. Physical properties (pressure, temperature, phase state, etc.) or chemical properties (such as the composition of the gas-phase substance or liquid-phase substance in the space) may be different.
  • the second space has a property in which it is difficult to generate power
  • the first space has a property in which it is easy to generate power
  • power is required in the second space. In such a case, the power transmission device 1 can easily transmit the power generated in the first space to the second space.
  • the wall 10 does not necessarily have to be configured to block the space itself, and the first space and the second space may communicate with each other at a location apart from the wall 10. Furthermore, the wall body 10 may have small holes and have a structure that does not block the fluid but weakens the flow of the fluid.
  • the first rotating shaft 41 is a drive shaft that is connected to the motor 15 and inputs power to the magnetic modulation gear 20.
  • the first rotating shaft 41 may not be directly connected to the motor 15, but may be connected to the motor 15 via another transmission mechanism.
  • the second rotating shaft 42 is a driven shaft that rotates upon receiving torque from the first rotating shaft 41 .
  • a driven object is connected to the second rotation shaft 42, or the driven object is connected to the second rotating shaft 42 via another power transmission mechanism.
  • Various configurations may be applied to the driven object, such as an impeller, a sample holding frame, a pinion of a rack and pinion, and the like. That is, the power transmission device 1 may be applied to a structure that transmits power to a pump for a stirring layer in a water tank, a structure that transmits power from the outside to a vacuum chamber in a semiconductor manufacturing apparatus, and the like.
  • the torque is amplified and transmitted from the first rotating shaft 41 to the second rotating shaft 42, and the second rotating shaft 42 rotates at a rotation speed lower than that of the first rotating shaft 41 (deceleration operation).
  • the gear ratio at this time is "-No/Ni".
  • the motor 15 may be connected to the second rotating shaft 42 and rotational power may be transmitted from the second rotating shaft 42 to the first rotating shaft 41 via the magnetic modulation gear 20.
  • the first rotating shaft 41 rotates at a higher rotational speed than the second rotating shaft 42 (speed-up operation), and the gear ratio becomes "-Ni/No".
  • the power transmission device 1 of the first embodiment power can be transmitted from one side of the wall 10 to the other side. Furthermore, since rotational motion is transmitted via the magnetic modulation gear 20, it is possible to transmit a large torque compared to conventional configurations using magnetic couplings (see Patent Documents 1 to 5). Furthermore, the torque amplified by the magnetic modulation gear 20 can be transmitted without adding a separate reduction gear. Furthermore, since the magnetic modulation gear 20 can amplify and transmit torque even with a small motor 15, the overall volume of the power transmission device 1 can be made more compact without suppressing the transmitted torque.
  • each magnetic pole piece 23 may be increased depending on the thickness of the wall 10. Furthermore, since the strength of the wall 10 can be easily ensured by making the wall 10 thick, there is no need to use metal-based materials that are likely to generate eddy currents in order to ensure the strength of the wall 10. Therefore, according to the power transmission device 1 of Embodiment 1, it is easier to ensure the strength of the wall 10, and large torque transmission and highly efficient power transmission are possible, compared to the above-mentioned conventional configuration. Become.
  • FIG. 2A and 2B are graphs showing the characteristics of the first embodiment and the comparative example, where FIG. 2A shows the transmission torque ratio and FIG. 2B shows the volume ratio of the motor.
  • the vertical axis of each graph indicates the ratio to the reference value.
  • the "comparative power transmission device” refers to a device in which the wall body 10 is not provided with the magnetic pole piece 23, and rotating magnets with the same number of magnetic poles are arranged on one side and the other side of the wall body 10, that is, the magnet It corresponds to a device that transmits torque via a coupling.
  • FIG. 2A larger torque can be transmitted than in the comparative example, and as shown in FIG. 2B, the motor 15 is significantly smaller than in the comparative example.
  • the graphs in FIGS. 2A and 2B are examples in which configurations are compared when the transmitted torques are approximately the same.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing a power transmission device according to a second embodiment, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view of the power transmission device, and FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 3A.
  • the power transmission device 1A of the second embodiment differs from the first embodiment mainly in the arrangement order of the three elements of the magnetic modulation gears 20A and 20B (the small-pole magnet 21, the multi-pole magnet 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23). .
  • the rotating element and the element fixed to the wall 10 are different from those in the first embodiment.
  • the small-pole magnet 21, the multi-pole magnet 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23 are arranged in this order from the inner circumferential side to the outer circumferential side.
  • a multipolar magnet 22 is fixed to the wall 10
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the second rotating shaft 42.
  • the small pole magnet 21 is fixed to the first rotating shaft 41 via the yoke 31, as in the first embodiment.
  • the wall 10 is a non-magnetic material, and the multipolar magnet 22 may be embedded in the wall 10. If the wall 10 is made of a magnetic material, the flow of magnetic flux required for the function of the magnetic modulation gear 20A will be disturbed, but if the wall 10 is made of a non-magnetic material, the above-mentioned disturbance of the magnetic flux can be suppressed. can.
  • the torque is amplified and transmitted from the first rotating shaft 41 to the second rotating shaft 42, and the second rotating shaft 42 rotates at a rotation speed lower than that of the first rotating shaft 41 (deceleration operation).
  • the gear ratio at this time is "Np/Ni".
  • the motor 15 may be connected to the second rotating shaft 42, and rotational power may be transmitted from the second rotating shaft 42 to the first rotating shaft 41 via the magnetic modulation gear 20A.
  • the first rotating shaft 41 rotates at a higher rotational speed than the second rotating shaft 42 (speed-up operation), and the gear ratio becomes "Ni/Np".
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 can be arranged in one space with the wall body 10 interposed therebetween. Therefore, when the suitability between the properties of one of the spaces and the magnet is low, the few-pole magnet 21 and the multi-pole magnet 22 can be placed apart from the one space. For example, magnets can be degraded by hydrogen or high temperature media. Specifically, neodymium magnets are sensitive to hydrogen. Therefore, when one space with the wall body 10 in between contains a large amount of hydrogen or a high-temperature medium, highly reliable power transmission can be achieved by having a plurality of magnetic pole pieces 23 as elements arranged in that space. This effect can be obtained.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing a power transmission device according to a third embodiment, in which FIG. 4A is a longitudinal sectional view of the power transmission device, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 4A.
  • the power transmission device 1B of Embodiment 3 differs from Embodiment 1 mainly in the arrangement order of the three elements (minority magnet 21, multipole magnet 22, and plurality of magnetic pole pieces 23) of magnetic modulation gears 20A and 20B. .
  • the rotating element and the element fixed to the wall 10 are different from those in the first embodiment.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23, small-pole magnets 21, and multi-pole magnets 22 are arranged in this order from the inner circumferential side to the outer circumferential side.
  • the small-pole magnet 21 is fixed to the wall 10
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the first rotating shaft 41.
  • the multipolar magnet 22 is fixed to the second rotating shaft 42 via the yoke 32, as in the first embodiment.
  • the wall 10 is a non-magnetic material, and the small-pole magnet 21 may be embedded in the wall 10. If the wall 10 is made of a magnetic material, the flow of magnetic flux required for the function of the magnetic modulation gear 20B will be disturbed, but if the wall 10 is made of a non-magnetic material, the above-mentioned disturbance of the magnetic flux can be suppressed. can.
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 receive the magnetic flux of the small-pole magnet 21, and the rotational movement of the plurality of magnetic pole pieces 23 causes the plurality of magnetic poles to rotate.
  • a spatial magnetic flux containing a waveform component having the same wave number as the number of pole pairs of the multipolar magnet 22 is generated on the outer peripheral side of the piece 23. Then, as the spatial magnetic flux acts on the multipolar magnet 22 across the few pole magnets 21, torque is transmitted to the multipolar magnet 22, and the multipolar magnet 22 rotates at a lower rotational speed than the plurality of magnetic pole pieces 23. do.
  • the motor 15 may be connected to the second rotating shaft 42, and rotational power may be transmitted from the second rotating shaft 42 to the first rotating shaft 41 via the magnetic modulation gear 20B.
  • the first rotating shaft 41 rotates at a lower rotational speed than the second rotating shaft 42 (deceleration operation), and the gear ratio becomes "-Np/No".
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 can be arranged in one space with the wall body 10 interposed therebetween. Therefore, when the suitability between the properties of one of the spaces and the magnet is low, the few-pole magnet 21 and the multi-pole magnet 22 can be placed apart from the one space. For example, magnets can be degraded by hydrogen or high temperature media. Specifically, neodymium magnets are sensitive to hydrogen. Therefore, when one space with the wall body 10 in between contains a large amount of hydrogen or a high-temperature medium, highly reliable power transmission can be achieved by having a plurality of magnetic pole pieces 23 as elements arranged in that space. This effect can be obtained.
  • the arrangement order of the three elements of the magnetic modulation gear (the few-pole magnet 21, the multi-pole magnet 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23) is not limited to the above example, and is as shown in the following [Configuration Table 1]. ] may be arranged in the order shown in each line. That is, the first element, which is any one of the three elements described above, is located on the wall 10, and the remaining second and third elements are located on one side and the other side of the wall 10, respectively. You can line up as you like. Types 1 to 3 in [Configuration Table 1] correspond to the above-described embodiments 1 to 3, respectively.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 4 has a plurality of magnetic pole pieces 23, multi-pole magnets 22, and small-pole magnets 21 from the inner circumferential side to the outer circumferential side, as shown in Type 4 of the above configuration table 1. are arranged in this order.
  • the multi-pole magnet 22 is fixed to the wall 10
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the first rotating shaft 41
  • the few-pole magnet 21 is fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to Ni/Np.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 5 has a multi-pole magnet 22, a plurality of magnetic pole pieces 23, a small-pole magnet 21 and are arranged in this order.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the wall 10
  • a multipolar magnet 22 is fixed to the first rotating shaft 41
  • a few pole magnets 21 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to -Ni/No.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 6 has a multi-pole magnet 22, a small-pole magnet 21, and a plurality of magnetic pole pieces 23 from the inner circumferential side to the outer circumferential side, as shown in Type 5 of the above configuration table 1. are arranged in this order.
  • the small-pole magnet 21 is fixed to the wall 10
  • the multi-pole magnet 22 is fixed to the first rotating shaft 41
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to -Np/No.
  • the power transmission devices of Embodiments 1 to 6 by appropriately selecting the arrangement order of the three elements of the magnetic modulation gear, a gear ratio matching the required torque or power is applied. High power transmission performance can be obtained.
  • the properties within the space may be Corresponding to the case where the compatibility with the magnet is low, the few-pole magnet 21 or the multi-pole magnet 22 can be placed away from the space. Therefore, even when the above-mentioned spaces are targeted, the power transmission device of the embodiment can be applied. For example, magnets can be degraded by hydrogen or high temperature media.
  • neodymium magnets are sensitive to hydrogen. Therefore, when one space with the wall body 10 in between contains a large amount of hydrogen or a high-temperature medium, highly reliable power transmission can be achieved by having a plurality of magnetic pole pieces 23 as elements arranged in that space. This effect can be obtained.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional views showing power transmission devices according to embodiments 7 to 9. The figure shows a longitudinal section along the rotation axis Ax of the power transmission devices 1C to 1E.
  • the power transmission devices 1C to 1E of the seventh to ninth embodiments are arranged in the direction in which the three elements (the few pole magnets 21, the multipole magnets 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23) of the magnetic modulation gears 20C to 20E are arranged (a pair of adjacent elements
  • the main difference from Embodiments 1 to 3 is the direction in which they face each other. In the following, only the points that differ from Embodiments 1 to 3 will be explained in detail.
  • the three elements of the magnetic modulation gears 20C to 20E face each other in the axial direction, and the three elements face each other in the axial direction. Line up in order from one side to the other.
  • the small-pole magnet 21, the multi-pole magnet 22, and the plurality of magnetic pole pieces 23 have a structure similar to that of the first embodiment, except that the opposing direction is the axial direction.
  • the magnetic poles of the small-pole magnet 21 and the multi-pole magnet 22 are oriented in the axial direction.
  • the wall 10 may have a flat plate shape extending in a direction perpendicular to the axial direction.
  • the magnetic modulation gear 20C of the seventh embodiment has a small-pole magnet 21, a plurality of magnetic pole pieces 23, and a multi-pole magnet 22 arranged from the first rotating shaft 41 side to the second rotating shaft 42 side. Line up in order.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are located on the wall 10 , a small-pole magnet 21 is fixed to the first rotating shaft 41 , and a multi-pole magnet 22 is fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the few-pole magnet 21 and the multi-pole magnet 22 may be fixed to the first rotating shaft 41 and the second rotating shaft 42 via yokes 31 and 32, respectively.
  • the yoke 31 is provided in the axial direction of the small-pole magnet 21 (on the opposite side of the magnetic pole pieces 23).
  • the yoke 32 is provided in the axial direction of the multipolar magnet 22 (on the opposite side of the magnetic pole piece 23).
  • the power transmission device 1C of the seventh embodiment can transmit power at the same gear ratio due to the same operation as the power transmission device 1 of the first embodiment. Furthermore, according to the power transmission device 1C of the seventh embodiment, the shapes of the wall body 10, the first rotating shaft 41, and the second rotating shaft 42 can be simplified compared to the first embodiment.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23, a small-pole magnet 21, and a multi-pole magnet 22 are arranged from the first rotating shaft 41 side to the second rotating shaft 42 side. Line up in order.
  • a small-pole magnet 21 is located on the wall 10
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to a first rotating shaft 41
  • a multi-pole magnet 22 is fixed to a second rotating shaft 42 .
  • the multipolar magnet 22 may be fixed to the second rotating shaft 42 via the yoke 32 as in the seventh embodiment.
  • the power transmission device 1D of the eighth embodiment can transmit power at the same gear ratio due to the same operation as the power transmission device 1A of the second embodiment. Furthermore, according to the power transmission device 1D of the eighth embodiment, the shapes of the wall body 10, the first rotating shaft 41, and the second rotating shaft 42 can be simplified compared to the second embodiment.
  • the magnetic modulation gear 20E of the seventh embodiment has a small-pole magnet 21, a multi-pole magnet 22, and a plurality of magnetic pole pieces 23 arranged from the first rotating shaft 41 side to the second rotating shaft 42 side. Line up in order.
  • a multi-pole magnet 22 is located on the wall 10
  • a few-pole magnet 21 is fixed to the first rotating shaft 41
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the small pole magnet 21 may be fixed to the first rotating shaft 41 via the yoke 31, similarly to the seventh embodiment.
  • the power transmission device 1E of the sixth embodiment can transmit power at the same gear ratio due to the same operation as the power transmission device 1B of the third embodiment. Furthermore, according to the power transmission device 1E of the sixth embodiment, the shapes of the wall body 10, the first rotating shaft 41, and the second rotating shaft 42 can be simplified compared to the third embodiment.
  • the order of the three elements is not limited to the above example, The arrangement order shown in each row of [Configuration Table 1] above may be used. Types 1 to 3 of [Configuration Table 1] correspond to the above-described embodiments 7 to 9, respectively.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 10 has a plurality of magnetic pole pieces 23, multi-pole magnets 22, and small-pole magnets from the power input side to the output side, as shown in Type 4 of the above configuration table 1. 21 are arranged in this order in the axial direction.
  • the multi-pole magnet 22 is fixed to the wall 10
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the first rotating shaft 41
  • the few-pole magnet 21 is fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to Ni/Np.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 11 has a multipolar magnet 22, a plurality of magnetic pole pieces 23, a small number of magnetic poles, and 21 are arranged in this order in the axial direction.
  • a plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the wall 10
  • a multipolar magnet 22 is fixed to the first rotating shaft 41
  • a few pole magnets 21 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to -Ni/No.
  • the magnetic modulation gear of Embodiment 12 includes a multi-pole magnet 22, a small-pole magnet 21, and a plurality of magnetic pole pieces from the power input side to the output side, as shown in Type 5 of the above configuration table 1. 23 are arranged in this order in the axial direction.
  • the small-pole magnet 21 is fixed to the wall 10
  • the multi-pole magnet 22 is fixed to the first rotating shaft 41
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 are fixed to the second rotating shaft 42 .
  • the gear ratio can be set to -Np/No.
  • the gear ratio can be applied in accordance with the required torque or power.
  • High power transmission performance can be obtained.
  • the properties within the space may be Corresponding to the case where the compatibility with the magnet is low, the few-pole magnet 21 or the multi-pole magnet 22 can be placed away from the space. Therefore, even when the above-mentioned spaces are targeted, the power transmission device of the embodiment can be applied.
  • magnets can be degraded by hydrogen or high temperature media.
  • neodymium magnets are sensitive to hydrogen. Therefore, when one space with the wall body 10 in between contains a large amount of hydrogen or a high-temperature medium, highly reliable power transmission can be achieved by having a plurality of magnetic pole pieces 23 as elements arranged in that space. This effect can be obtained.
  • the first element (the small-pole magnet 21, the multi-pole magnet 22, or the plurality of magnetic pole pieces 23) is embedded in the wall 10.
  • the first element may not be embedded in the wall 10 but may be fixed to the wall 10 such that one or both ends of the first element are exposed from the wall 10. According to the configuration, the first element can be easily provided on the wall 10. Furthermore, the first element can be provided on the wall 10 even if the wall 10 is thin.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing a power transmission device according to a thirteenth embodiment, in which FIG. 6A is a longitudinal sectional view of the power transmission device, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 6A.
  • the power transmission device 1F of the thirteenth embodiment is an example in which the modulator ring 23A (a component functioning as a plurality of magnetic pole pieces) of the magnetic modulation gear 20F is integrated with the wall 10, and the other components are as follows. This is the same as in the first embodiment.
  • the wall 10 is a magnetic material, and the wall 10 has a plurality of irregularities (a plurality of recesses 10a and a plurality of recesses 10a and It has a convex portion 10b).
  • the plurality of concave portions 10a and convex portions 10b may be arranged at equal intervals in the circumferential direction (see FIGS. 6B and 8).
  • the plurality of concave portions 10a and convex portions 10b correspond to the modulator ring 23A.
  • the three elements of the magnetic modulation gear 20F are arranged in the radial direction, so the convex portion 10b of the wall body 10 protrudes in the radial direction.
  • the convex portion 10b protrudes toward the multi-pole magnet 22 side, but it may also protrude toward the few-pole magnet 21 side, or both the multi-pole magnet 22 side and the few-pole magnet 21 side. It may be prominent.
  • the magnetic resistance at the location where the convex portion 10b is located is low, and the magnetic resistance at the location where the concave portion 10a is located is high.
  • the structure has periodic magnetic resistance changes along the direction.
  • the entire wall 10 may be made of a magnetic material, or only the portion where the modulator ring 23A is provided and its surroundings may be made of a magnetic material.
  • the wall 10 can be made of a magnetic material, increasing the degree of freedom in designing the wall 10. Furthermore, compared to the configuration in which a plurality of magnetic pole pieces are fixed to the wall 10 as in the first embodiment, the number of steps for assembling the power transmission devices 1F and 1G can be reduced.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a power transmission device according to a fourteenth embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the wall of FIG. 7.
  • the power transmission device 1G of the fourteenth embodiment is an example in which the modulator ring 23A (a component functioning as a plurality of magnetic pole pieces) of the magnetic modulation gear 20G is integrated with the wall 10, and the other components are as follows. This is similar to Embodiment 7.
  • the wall 10 is made of a magnetic material, and the wall 10 has a plurality of irregularities (a plurality of recesses 10a and a plurality of recesses 10a and It has a convex portion 10b).
  • the plurality of concave portions 10a and convex portions 10b may be arranged at equal intervals in the circumferential direction (see FIG. 8).
  • the plurality of concave portions 10a and convex portions 10b correspond to the modulator ring 23A.
  • the three elements of the magnetic modulation gear 20G are arranged in the axial direction, so the convex portion 10b of the wall 10 protrudes in the axial direction.
  • the convex portion 10b protrudes toward the multi-pole magnet 22 side, but may protrude toward the few-pole magnet 21 side, or may protrude toward both the multi-pole magnet 22 side and the few-pole magnet 21 side. Good too.
  • the magnetic resistance at the location where the convex portion 10b is located is low, and the magnetic resistance at the location where the concave portion 10a is located is high.
  • the structure has periodic magnetic resistance changes along the direction.
  • the entire wall 10 may be made of a magnetic material, or only the portion where the modulator ring 23A is provided and its surroundings may be made of a magnetic material.
  • the wall 10 can be made of a magnetic material, increasing the degree of freedom in designing the wall 10. Furthermore, compared to the configuration in which a plurality of magnetic pole pieces are fixed to the wall 10 as in the seventh embodiment, the number of steps required for assembling the power transmission device 1G can be reduced.
  • Embodiments 1 to 12 a plurality of magnetic pole pieces 23 are shown as the modulator ring.
  • the plurality of magnetic pole pieces 23 may be replaced by a structure in which a single annular magnetic body has irregularities.
  • Other details shown in the embodiments can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
  • the present invention can be used in a power transmission device.

Landscapes

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Abstract

壁体を挟んで動力を伝達することができ、かつ、高い動力伝達性能を有する動力伝達装置を提供する。動力伝達装置（１）は、壁体（１０）と、磁気変調ギヤ（２０）とを備え、磁気変調ギヤの一部の要素が前記壁体に位置する。

Description

動力伝達装置
　本発明は、動力伝達装置に関する。
　特許文献１から特許文献５には、マグネットカップリングを利用して隔壁を挟んだ一方から他方へ動力を伝達する装置が示されている。
　具体的には、特許文献１には、通常空間に設けられたモータから冷凍機の冷媒通路や真空槽内へ動力を伝達する装置が示されている。特許文献２には、真空チャンバーの外から内へ回転動力を伝達し、真空チャンバー内で試料容器の保持機構を回転駆動する装置が示されている。
　特許文献３には、真空室で基板を搬送する装置において、大気中の駆動マグネットから隔壁部を介して搬送ローラの駆動力を伝達する装置が示されている。特許文献４には、プラントにおいて水槽外に配置されたモータから水槽内のインペラに回転動力を伝達する装置が示されている。特許文献５には、スクリュー圧縮機又はポンプにおいて隔壁外に配置されたモータから隔壁内の回転軸に回転動力を伝達する装置が示されている。
特許第４２４７０９９号公報 特許第６４７５０６２号公報 特開２００８－４８９８号公報 特開２０１２－２２９６８１号公報 特開２０１９－１９９８９１号公報
　上記従来の隔壁を介した動力伝達装置では動力の伝達性能が低いという課題がある。本発明は、壁体を挟んで動力を伝達することができ、かつ、高い動力伝達性能を有する動力伝達装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る動力伝達装置は、
　壁体と、磁気変調ギヤとを備え、前記磁気変調ギヤの一部の要素が前記壁体に位置する。
　本発明によれば、磁気変調ギヤにより壁体を介して動力を伝達することができる。そして、磁気変調ギヤにより高い動力伝達性能が得られる。
実施形態１に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。 実施形態１と比較例の伝達トルク比率を示すグラフである。 実施形態１と比較例のモータの体積比率を示すグラフである。 実施形態２に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 図３ＡのＡ－Ａ線断面図である。 実施形態３に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 図４ＡのＡ－Ａ線断面図である。 実施形態７に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 実施形態８に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 実施形態９に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 実施形態１３に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 図６ＡのＡ－Ａ線断面図である。 実施形態１４に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。 図７の壁体及び変調子リングを示す斜視図である。
　以下、本発明の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（実施形態１）
　図１Ａ及び図１Ｂは、実施形態１に係る動力伝達装置を示す図であり、図１Ａは動力伝達装置の縦断面図、図１Ｂは図１ＡのＡ－Ａ線断面図である。以下では、動力伝達装置１の回転軸Ａｘに沿った方向を軸方向、回転軸Ａｘに直交する方向を径方向、回転軸Ａｘを中心とする回転方向を周方向と呼ぶ。
　＜構成＞
　実施形態１に係る動力伝達装置１は、壁体１０を挟んだ一方から他方へ動力を伝達する装置である。動力伝達装置１は、壁体１０と磁気変調ギヤ２０とを備える。
　磁気変調ギヤ２０は、少極磁石２１と、多極磁石２２と、複数の磁極片２３とを備える。以下、これらを、磁気変調ギヤ２０の「３つの要素」とも呼ぶ。複数の磁極片２３は、本発明に係る変調子リングの一例に相当する。上記３つの要素の各々は、周方向に連なる環状の構成、又は、周方向に並ぶ環状の構成を有する。３つの要素は、所定方向に順に並び、隣り合う２つの要素は当該所定方向に対向する。以下、当該方向のことを「対向方向」と呼ぶ。図１Ａ及び図１Ｂの実施形態１において、対向方向は径方向であり、磁気変調ギヤ２０の３つの要素は、内周側から外周側へ、少極磁石２１、複数の磁極片２３及び多極磁石２２の順で並ぶ。
　磁気変調ギヤ２０は、磁力を用いて動力を伝達するギヤであり、極対数が異なる２列の磁石を備え、回転数及びトルクを変化させて動力を伝達する。
　少極磁石２１は、環状の磁石（例えば永久磁石）であり、周方向において所定間隔ごとに磁極の向きが反転している。各磁極は上述した対向方向を向く。周方向において隣り合う１つのＮ極と１つのＳ極との組合せを「極対」と呼ぶ。少極磁石２１の極対数はＮｉである。「Ｎｉ」は自然数であり、本発明に係る「第１極対数」に相当する。図１Ｂでは、Ｎｉ＝４である。
　多極磁石２２は、環状の磁石（例えば永久磁石）であり、周方向において所定間隔ごとに磁極の向きが反転している。各磁極は上述した対向方向を向く。多極磁石２２の極対数はＮｏであり、少極磁石２１の極対数（Ｎｉ）よりも多い。「Ｎｏ」は自然数であり、本発明に係る「第２極対数」に相当する。図１Ｂでは、Ｎｏ＝１３である。
　複数の磁極片２３は、磁性体（例えば鉄系部材）であり、周方向において間隔を開けて並ぶ。周方向において、磁極片２３が位置する箇所の磁気抵抗は低く、磁極片２３が位置しない箇所（間隔の部分）の磁気抵抗は高い。すなわち、複数の磁極片２３が間隔を開けて並んだ構成は、周方向に沿って周期的に磁気抵抗が変化する構成となる。複数の磁極片２３が並んだ構成は、Ｎｐ個の磁気抵抗の周期的な変化を有する。「Ｎｐ」は自然数である。図１Ｂでは、Ｎｐ＝１７である。Ｎｐは「Ｎｏ＋Ｎｉ」に設定されてもよい。あるいは、Ｎｐは「Ｎｏ－Ｎｉ」に設定されてもよい。
　磁気変調ギヤ２０の一部の要素は、壁体１０に位置する。実施形態１では、複数の磁極片２３が壁体１０に固定されている。壁体１０は、非磁性体であり、磁極片２３は、壁体１０に埋め込まれていてもよい。
　少極磁石２１の径方向内側には環状のヨーク３１が設けられてもよい。少極磁石２１及びヨーク３１は、第１回転軸４１に固定されている。第１回転軸４１は、軸受５１を介して枠体５２に回転可能に支持されている。軸受５１は、転がり軸受、すべり軸受、流体軸受など、様々な種類の軸受であってもよい。
　多極磁石２２の径方向外側には環状のヨーク３２が設けられてもよい。多極磁石２２及びヨーク３２は、第２回転軸４２に固定されている。第２回転軸４２は、軸受５３を介して枠体５４に回転可能に支持されている。軸受５３は、転がり軸受、すべり軸受、流体軸受など、様々な種類の軸受であってもよい。
　第１回転軸４１及び枠体５２と、第２回転軸４２及び枠体５４とは、壁体１０を挟んだ一方と他方とにそれぞれ配置されている。
　壁体１０は、上記の磁気変調ギヤ２０の配置を可能とするため、一部が円筒状に突出した筒部を有する。そして、複数の磁極片２３は、筒部に位置する。更に、第２回転軸４２は、一部の径が大きく広がりかつ内部が空洞の筒部を有する。そして、多極磁石２２は筒部に位置する。そして、壁体１０の筒部の径方向内方に第１回転軸４１に固定された少極磁石２１が位置し、第２回転軸４２の筒部が壁体１０の筒部の径方向外方に間隔を開けて配置される。すなわち、少極磁石２１と多極磁石２２とがそれぞれ筒部の内面と外面とに対向するように配置される。このような構造により、少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３を、径方向に対向させつつ、径方向に順に並べることができる。
　壁体１０は、当該壁体１０を挟んだ一方と他方との間で、気体又は液体の通過を遮る隔壁であってもよい。すなわち、壁体１０は、容器の一部を構成していてもよい。壁体１０を挟んだ一方の空間（「第１空間」と呼ぶ）と他方の空間（「第２空間」と呼ぶ）とで物理的な性質（圧力、温度、相状態、等々）又は化学的な性質（空間内の気相物質又は液相物質の組成等）が異なっていてもよい。第２空間が動力を発生させることが難しい性質を有し、第１空間が動力を発生させることが容易な性質を有し、さらに、第２空間において動力を要する場合がある。このような場合に、動力伝達装置１は、第１空間において容易に発生させた動力を、第２空間に伝達することができる。なお、壁体１０は、必ずしも、空間自体を遮る構成である必要はなく、上記の第１空間と第２空間とは壁体１０から外れた箇所で連通していてもよい。さらに、壁体１０は、小さな孔を有し、流体を遮るのではなく、流体の流れを弱める作用を及ぼす構成であってもよい。
　第１回転軸４１は、モータ１５に連結され、磁気変調ギヤ２０に動力を入力する駆動軸である。第１回転軸４１は、モータ１５に直接に連結されず、他の伝達機構を介してモータ１５に接続されていてもよい。第２回転軸４２は第１回転軸４１からトルクが伝達されて回転する従動軸である。第２回転軸４２には、駆動対象が連結されているか、あるいは、駆動対象が他の動力伝達機構を介して接続されている。駆動対象としては、例えばインペラ、試料の保持枠、ラックアンドピニオンのピニオン等々、様々な構成が適用されてもよい。すなわち、動力伝達装置１は、水槽内の撹拌層のポンプに動力を伝達する構成、半導体製造装置において外部から真空チャンバー内に動力を伝達する構成などに適用されてもよい。
　＜動作＞
　モータ１５が駆動すると、回転動力が伝達されることで少極磁石２１が回転軸Ａｘを中心に回転する。すると、少極磁石２１の回転磁束が、複数の磁極片２３を通過することで、複数の磁極片２３の反対側（磁極片２３と多極磁石２２との間のギャップ）において、多極磁石２２の極対数と同一波数の波形成分を含んだ空間磁束に変調される。そして、当該空間磁束と多極磁石２２の磁束とが相互作用することで、多極磁石２２にトルクが伝達され、多極磁石２２が少極磁石２１よりも低い回転速度で回転する。すなわち、第１回転軸４１から第２回転軸４２へトルクが増幅されて伝達され、第１回転軸４１よりも低い回転速度で第２回転軸４２が回転する（減速運転）。このときのギヤ比は「－Ｎｏ／Ｎｉ」である。
　なお、モータ１５が第２回転軸４２に連結され、第２回転軸４２から磁気変調ギヤ２０を介して第１回転軸４１に回転動力が伝達されてもよい。この場合、第２回転軸４２よりも高い回転速度で第１回転軸４１が回転し（増速運転）、ギヤ比は「－Ｎｉ／Ｎｏ」となる。
　以上のように、実施形態１の動力伝達装置１によれば、壁体１０を挟んだ一方から他方へ動力を伝達することができる。さらに、磁気変調ギヤ２０を介して回転運動を伝達するため、マグネットカップリングを用いた従来の構成（特許文献１～５を参照）と比較して、大きなトルクの伝達が可能である。さらに、別途、減速装置を付加しなくても、磁気変調ギヤ２０で増幅したトルクを伝達できる。さらに、小型のモータ１５でも磁気変調ギヤ２０がトルクを増幅し伝達できるので、伝達トルクを抑制することなく動力伝達装置１の総合的な体積のコンパクト化を図ることができる。
　さらに、マグネットカップリングを用いた従来の構成（特許文献１～５を参照）では、駆動軸と従動軸との間の結合力が、壁体１０の磁気抵抗により弱まるので、壁体１０を厚くすることが困難である。また、強度の高い金属系の材料を壁体１０に適用すると、マグネットカップリングを用いた従来の構成では、壁体１０に渦電流が発生し、伝達トルク及び効率が低下してしまう。したがって、上記従来の構成では、壁体１０の強度を確保することが困難である。一方、実施形態１の動力伝達装置１によれば、壁体１０が厚くても、磁極片２３が磁束を通すので、大きなトルクの伝達が可能である。例えば、壁体１０の厚さに応じて、各磁極片２３の厚さを大きくすればよい。さらに、壁体１０を厚くして壁体１０の強度を容易に確保できることから、壁体１０の強度確保のために渦電流が発生しやすい金属系の材料を使う必要もない。したがって、実施形態１の動力伝達装置１によれば、上記従来の構成と比較して、壁体１０の強度確保が容易であり、かつ、大きなトルク伝達、並びに、高効率な動力伝達が可能となる。
　ここで、実施形態１の動力伝達装置１を適用した場合と、比較例の動力伝達装置を適用した場合とについて定量的に比較する。図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態１と比較例の特性を示すグラフであり、図２Ａは伝達トルク比率を示し、図２Ｂはモータの体積比率を示す。各グラフの縦軸は、基準値に対する比率を示す。ここで、「比較例の動力伝達装置」とは、壁体１０に磁極片２３を設けず、壁体１０を挟んだ一方と他方とに同一磁極数の回転磁石を配置した装置、すなわち、マグネットカップリングを介してトルクを伝達する装置に相当する。
　実施形態１の動力伝達装置１によれば、図２Ａに示すように、比較例よりも大きなトルクを伝達することができ、かつ、図２Ｂに示すように、比較例よりも顕著に小さなモータ１５を採用することができる。なお、図２Ａ及び図２Ｂのグラフは、伝達トルクをほぼ同等にした場合の構成を比較した例である。
　（実施形態２）
　図３Ａ及び図３Ｂは、実施形態２に係る動力伝達装置を示す図であり、図３Ａは動力伝達装置の縦断面図、図３Ｂは図３ＡのＡ－Ａ線断面図である。
　実施形態２の動力伝達装置１Ａは、磁気変調ギヤ２０Ａ、２０Ｂの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）の並び順が、主に、実施形態１と異なる。加えて、上記３つの要素のうち、回転する要素と壁体１０に固定される要素とが、実施形態１と異なる。
　すなわち、実施形態２の磁気変調ギヤ２０Ａは、内周側から外周側にかけて、少極磁石２１、多極磁石２２、複数の磁極片２３が、この順で並ぶ。そして、多極磁石２２が壁体１０に固定され、複数の磁極片２３が第２回転軸４２に固定されている。少極磁石２１は、実施形態１と同様に、ヨーク３１を介して第１回転軸４１に固定されている。
　壁体１０は、非磁性体であり、多極磁石２２は、壁体１０に埋め込まれていてもよい。壁体１０が磁性体であると、磁気変調ギヤ２０Ａの機能として要求される磁束の流れが乱れてしまうが、壁体１０が非磁性体であることで、上記のような磁束の乱れを抑制できる。
　当該構成によっても、モータ１５が駆動して少極磁石２１が回転軸Ａｘを中心に回転することで、少極磁石２１の回転磁束が多極磁石２２をまたいで複数の磁極片２３に作用する。そして、複数の磁極片２３と多極磁石２２との間のギャップに、多極磁石２２の極対数と同一波数の波形成分を含んだ空間磁束を発生させる。そして、当該空間磁束と壁体１０の多極磁石２２とが相互作用することで、多極磁石２２から複数の磁極片２３にトルクが伝達され、複数の磁極片２３が少極磁石２１よりも低い回転速度で回転する。すなわち、第１回転軸４１から第２回転軸４２へトルクが増幅されて伝達され、第１回転軸４１よりも低い回転速度で第２回転軸４２が回転する（減速運転）。このときのギヤ比は「Ｎｐ／Ｎｉ」である。
　なお、モータ１５が第２回転軸４２に連結され、第２回転軸４２から磁気変調ギヤ２０Ａを介して第１回転軸４１に回転動力が伝達されてもよい。この場合、第２回転軸４２よりも高い回転速度で第１回転軸４１が回転し（増速運転）、ギヤ比は「Ｎｉ／Ｎｐ」となる。
　実施形態２の動力伝達装置１Ａによれば、壁体１０を挟んだ一方の空間に複数の磁極片２３を配置できる。したがって、上記一方の空間の性質と磁石との適性が低い場合に、当該一方の空間から、少極磁石２１と多極磁石２２とを離して配置できる。例えば、磁石は、水素あるいは高温媒体により性質が劣化することがある。具体的には、ネオジウム磁石は水素に弱い。したがって、壁体１０を挟んだ一方の空間が水素又は高温媒体を多く含むような場合、当該空間に配置される要素を複数の磁極片２３とすることで、信頼性の高い動力伝達を実現できるという効果が得られる。
　（実施形態３）
　図４Ａ及び図４Ｂは、実施形態３に係る動力伝達装置を示す図であり、図４Ａは動力伝達装置の縦断面図、図４Ｂは図４ＡのＡ－Ａ線断面図である。
　実施形態３の動力伝達装置１Ｂは、磁気変調ギヤ２０Ａ、２０Ｂの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）の並び順が、主に、実施形態１と異なる。加えて、上記３つの要素のうち、回転する要素と壁体１０に固定される要素とが、実施形態１と異なる。
　すなわち、実施形態３の磁気変調ギヤ２０Ｂは、内周側から外周側にかけて、複数の磁極片２３、少極磁石２１、多極磁石２２が、この順で並ぶ。そして、少極磁石２１が壁体１０に固定され、複数の磁極片２３が第１回転軸４１に固定されている。多極磁石２２は、実施形態１と同様にヨーク３２を介して第２回転軸４２に固定されている。
　壁体１０は、非磁性体であり、少極磁石２１は、壁体１０に埋め込まれていてもよい。壁体１０が磁性体であると、磁気変調ギヤ２０Ｂの機能として要求される磁束の流れが乱れてしまうが、壁体１０が非磁性体であることで、上記のような磁束の乱れを抑制できる。
　当該構成によっても、モータ１５が駆動して複数の磁極片２３が回転軸Ａｘを中心に回転することで、少極磁石２１の磁束を受けた複数の磁極片２３の回転運動により、複数の磁極片２３の外周側に多極磁石２２の極対数と同一波数の波形成分を含んだ空間磁束を発生させる。そして、当該空間磁束が少極磁石２１をまたいで多極磁石２２に作用することで、多極磁石２２にトルクが伝達され、多極磁石２２が複数の磁極片２３よりも低い回転速度で回転する。すなわち、第１回転軸４１から第２回転軸４２へトルクが伝達され、第１回転軸４１よりも高い回転速度で第２回転軸４２が回転する（増速運転）。このときのギヤ比は「－Ｎｏ／Ｎｐ」である。なお、Ｎｐ＝Ｎｏ－Ｎｉの設定では、減速運転となり、第１回転軸４１よりも低い回転速度で第２回転軸４２が回転する。
　なお、モータ１５が第２回転軸４２に連結され、第２回転軸４２から磁気変調ギヤ２０Ｂを介して第１回転軸４１に回転動力が伝達されてもよい。この場合、第２回転軸４２よりも低い回転速度で第１回転軸４１が回転し（減速運転）、ギヤ比は「－Ｎｐ／Ｎｏ」となる。なお、Ｎｐ＝Ｎｏ－Ｎｉの設定では、増速運転となり、第２回転軸４２よりも高い回転速度で第１回転軸４１が回転する。
　実施形態３の動力伝達装置１Ｂによれば、壁体１０を挟んだ一方の空間に複数の磁極片２３を配置できる。したがって、上記一方の空間の性質と磁石との適性が低い場合に、当該一方の空間から、少極磁石２１と多極磁石２２とを離して配置できる。例えば、磁石は、水素あるいは高温媒体により性質が劣化することがある。具体的には、ネオジウム磁石は水素に弱い。したがって、壁体１０を挟んだ一方の空間が水素又は高温媒体を多く含むような場合、当該空間に配置される要素を複数の磁極片２３とすることで、信頼性の高い動力伝達を実現できるという効果が得られる。
　なお、図示は省略するが、磁気変調ギヤの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）の並び順は、上記の例に限られず、次の［構成表１］の各行に示す並び順であってもよい。すなわち、上記３つの要素のうち、いずれか１つである第１要素が壁体１０に位置し、残りの第２要素と第３要素とが壁体１０を挟んだ一方と他方とにそれぞれ位置するように並んでもよい。［構成表１］のタイプ１～３が、上述した実施形態１～３にそれぞれ対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（実施形態４）
　図示を省略するが、実施形態４の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ４に示すように、内周側から外周側にかけて、複数の磁極片２３、多極磁石２２、少極磁石２１が、この順で並ぶ。そして、多極磁石２２が壁体１０に固定され、複数の磁極片２３が第１回転軸４１に固定され、少極磁石２１が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態４の動力伝達装置によれば、変速比をＮｉ／Ｎｐにすることができる。
　（実施形態５）
　図示を省略するが、実施形態５の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ５に示すように、内周側から外周側にかけて、多極磁石２２、複数の磁極片２３、少極磁石２１が、この順で並ぶ。そして、複数の磁極片２３が壁体１０に固定され、多極磁石２２が第１回転軸４１に固定され、少極磁石２１が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態５の動力伝達装置によれば、変速比を－Ｎｉ／Ｎｏにすることができる。
　（実施形態６）
　図示を省略するが、実施形態６の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ５に示すように、内周側から外周側にかけて、多極磁石２２、少極磁石２１、複数の磁極片２３が、この順で並ぶ。そして、少極磁石２１が壁体１０に固定され、多極磁石２２が第１回転軸４１に固定され、複数の磁極片２３が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態６の動力伝達装置によれば、変速比を－Ｎｐ／Ｎｏにすることができる。
　以上のように、実施形態１～実施形態６の動力伝達装置によれば、磁気変調ギヤの３つの要素の並び順を適宜選定することで、要求されるトルク又は動力に合わせた変速比を適用できるなど、動力の高い伝達性能が得られる。また、実施形態２、３、４、６のように、壁体１０を挟んだ一方の空間又はもう一方の空間に複数の磁極片２３が配置される構成によれば、当該空間内の性質と磁石との適性が低い場合に対応して、当該空間から少極磁石２１又は多極磁石２２を離して配置することができる。したがって、上記のような空間を対象とする場合でも、実施形態の動力伝達装置を適用できる。例えば、磁石は、水素あるいは高温媒体により性質が劣化することがある。具体的には、ネオジウム磁石は水素に弱い。したがって、壁体１０を挟んだ一方の空間が水素又は高温媒体を多く含むような場合、当該空間に配置される要素を複数の磁極片２３とすることで、信頼性の高い動力伝達を実現できるという効果が得られる。
　（実施形態７～９）
　図５Ａ～図５Ｃは、実施形態７～９に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。当該図は、動力伝達装置１Ｃ～１Ｅの回転軸Ａｘに沿った縦断面を示す。
　実施形態７～９の動力伝達装置１Ｃ～１Ｅは、磁気変調ギヤ２０Ｃ～２０Ｅの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）が並ぶ方向（隣り合う一対の要素の対向方向）が、主に、実施形態１～３と異なる。以下では、実施形態１～３と異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
　実施形態７～９では、磁気変調ギヤ２０Ｃ～２０Ｅの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）の対向方向が軸方向であり、３つの要素が軸方向の一方から他方へ順に並ぶ。
　少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３は、対向方向が軸方向である点を除いて、実施形態１の構成と同様の構造を有する。少極磁石２１及び多極磁石２２の磁極は、軸方向を向く。
　実施形態７～９において、壁体１０は軸方向に直交する方向に延びる平板状であってもよい。
　図５Ａに示すように、実施形態７の磁気変調ギヤ２０Ｃは、第１回転軸４１側から第２回転軸４２側に、少極磁石２１、複数の磁極片２３、多極磁石２２が、この順で並ぶ。複数の磁極片２３が壁体１０に位置し、少極磁石２１が第１回転軸４１に固定され、多極磁石２２が第２回転軸４２に固定される。少極磁石２１と多極磁石２２とはそれぞれヨーク３１、３２を介して第１回転軸４１と第２回転軸４２とに固定されてもよい。ヨーク３１は、少極磁石２１の軸方向（磁極片２３の反対側）に設けられる。ヨーク３２は、多極磁石２２の軸方向（磁極片２３の反対側）に設けられる。
　実施形態７の動力伝達装置１Ｃは、実施形態１の動力伝達装置１と同様の作用により、同様のギヤ比で動力を伝達できる。さらに、実施形態７の動力伝達装置１Ｃによれば、実施形態１と比較して、壁体１０、第１回転軸４１、並びに、第２回転軸４２の形状を単純化できる。
　図５Ｂに示すように、実施形態６の磁気変調ギヤ２０Ｄは、第１回転軸４１側から第２回転軸４２側に、複数の磁極片２３、少極磁石２１、多極磁石２２が、この順で並ぶ。少極磁石２１が壁体１０に位置し、複数の磁極片２３が第１回転軸４１に固定され、多極磁石２２が第２回転軸４２に固定される。多極磁石２２は、実施形態７と同様に、ヨーク３２を介して第２回転軸４２に固定されてもよい。
　実施形態８の動力伝達装置１Ｄは、実施形態２の動力伝達装置１Ａと同様の作用により、同様のギヤ比で動力を伝達できる。さらに、実施形態８の動力伝達装置１Ｄによれば、実施形態２と比較して、壁体１０、第１回転軸４１、並びに、第２回転軸４２の形状を単純化できる。
　図５Ｃに示すように、実施形態７の磁気変調ギヤ２０Ｅは、第１回転軸４１側から第２回転軸４２側に、少極磁石２１、多極磁石２２、複数の磁極片２３が、この順で並ぶ。多極磁石２２が壁体１０に位置し、少極磁石２１が第１回転軸４１に固定され、複数の磁極片２３が第２回転軸４２に固定される。少極磁石２１は、実施形態７と同様に、ヨーク３１を介して第１回転軸４１に固定されてもよい。
　実施形態６の動力伝達装置１Ｅは、実施形態３の動力伝達装置１Ｂと同様の作用により、同様のギヤ比で動力を伝達できる。さらに、実施形態６の動力伝達装置１Ｅによれば、実施形態３と比較して、壁体１０、第１回転軸４１、並びに、第２回転軸４２の形状を単純化できる。
　なお、磁気変調ギヤの３つの要素（少極磁石２１、多極磁石２２及び複数の磁極片２３）が軸方向に並ぶ構成においても、３つの要素の並び順は、上記の例に限られず、上記［構成表１］の各行に示す並び順であってもよい。［構成表１］のタイプ１～３が、上述した実施形態７～９にそれぞれ対応する。
　（実施形態１０）
　図示を省略するが、実施形態１０の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ４に示すように、動力の入力側から出力側にかけて、複数の磁極片２３、多極磁石２２、少極磁石２１が、この順で軸方向に並ぶ。そして、多極磁石２２が壁体１０に固定され、複数の磁極片２３が第１回転軸４１に固定され、少極磁石２１が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態１０の動力伝達装置によれば、変速比をＮｉ／Ｎｐにすることができる。
　（実施形態１１）
　図示を省略するが、実施形態１１の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ５に示すように、動力の入力側から出力側にかけて、多極磁石２２、複数の磁極片２３、少極磁石２１が、この順で軸方向に並ぶ。そして、複数の磁極片２３が壁体１０に固定され、多極磁石２２が第１回転軸４１に固定され、少極磁石２１が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態１１の動力伝達装置によれば、変速比を－Ｎｉ／Ｎｏにすることができる。
　（実施形態１２）
　図示を省略するが、実施形態１２の磁気変調ギヤは、上記構成表１のタイプ５に示すように、動力の入力側から出力側にかけて、多極磁石２２、少極磁石２１、複数の磁極片２３が、この順で軸方向に並ぶ。そして、少極磁石２１が壁体１０に固定され、多極磁石２２が第１回転軸４１に固定され、複数の磁極片２３が第２回転軸４２に固定されている。
　実施形態１２の動力伝達装置によれば、変速比を－Ｎｐ／Ｎｏにすることができる。
　以上のように、実施形態７～実施形態１２の動力伝達装置によれば、磁気変調ギヤの３つの要素の並び順を適宜選定することで、要求されるトルク又は動力に合わせた変速比を適用できるなど、動力の高い伝達性能が得られる。また、実施形態８、９、１０、１２のように、壁体１０を挟んだ一方の空間又はもう一方の空間に複数の磁極片２３が配置される構成によれば、当該空間内の性質と磁石との適性が低い場合に対応して、当該空間から少極磁石２１又は多極磁石２２を離して配置することができる。したがって、上記のような空間を対象とする場合でも、実施形態の動力伝達装置を適用できる。例えば、磁石は、水素あるいは高温媒体により性質が劣化することがある。具体的には、ネオジウム磁石は水素に弱い。したがって、壁体１０を挟んだ一方の空間が水素又は高温媒体を多く含むような場合、当該空間に配置される要素を複数の磁極片２３とすることで、信頼性の高い動力伝達を実現できるという効果が得られる。
　なお、実施形態１～１２においては、磁気変調ギヤの３つの要素のうち、第１要素（少極磁石２１、多極磁石２２、又は、複数の磁極片２３）が壁体１０に埋め込まれた例を示した。しかしながら、上記第１要素は、壁体１０に埋め込まれるのではなく、壁体１０から第１要素の一端又は両端が露出するように壁体１０に固定されてもよい。当該構成によれば、第１要素を壁体１０に容易に設けることができる。さらに、壁体１０が薄い場合でも、第１要素を壁体１０に設けることができる。
　（実施形態１３）
　図６Ａ及び図６Ｂは、実施形態１３に係る動力伝達装置を示す図であり、図６Ａは動力伝達装置の縦断面図、図６Ｂは図６ＡのＡ－Ａ線断面図である。
　実施形態１３の動力伝達装置１Ｆは、磁気変調ギヤ２０Ｆの変調子リング２３Ａ（複数の磁極片として機能する構成要素）が、壁体１０と一体化された例であり、その他の構成要素は、実施形態１と同様である。
　実施形態１３において、壁体１０は磁性体であり、少極磁石２１と多極磁石２２とに挟まれた部位において、壁体１０は円周に沿って複数の凹凸（複数の凹部１０ａ及び複数の凸部１０ｂ）を有する。複数の凹部１０ａと凸部１０ｂとは、周方向において等間隔に並んでいてもよい（図６Ｂ及び図８を参照）。そして、当該複数の凹部１０ａと凸部１０ｂが変調子リング２３Ａに相当する。
　図６Ａ及び図６Ｂでは、磁気変調ギヤ２０Ｆの３つの要素が径方向に並ぶ構成であるので、壁体１０の凸部１０ｂは径方向に突出している。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、凸部１０ｂは多極磁石２２側に突出しているが、少極磁石２１側に突出していてもよいし、多極磁石２２側と少極磁石２１側との両方に突出していてもよい。
　上記のように変調子リング２３Ａが構成されることで、凸部１０ｂが位置する箇所の磁気抵抗は低く、凹部１０ａが位置する箇所の磁気抵抗は高いというように、変調子リング２３Ａは、周方向に沿って周期的な磁気抵抗の変化を有する構成となる。
　壁体１０は、全体が磁性体であってもよいし、変調子リング２３Ａが設けられる箇所及びその周辺のみが磁性体であってもよい。
　実施形態１３の動力伝達装置１Ｆによれば、壁体１０を磁性体から構成することができ、壁体１０の設計自由度が増す。また、実施形態１のように壁体１０に複数の磁極片を固定する構成と比較して、動力伝達装置１Ｆ、１Ｇの組立工数の削減を図ることができる。
　（実施形態１４）
　図７は、実施形態１４に係る動力伝達装置を示す縦断面図である。図８は、図７の壁体を示す斜視図である。
　実施形態１４の動力伝達装置１Ｇは、磁気変調ギヤ２０Ｇの変調子リング２３Ａ（複数の磁極片として機能する構成要素）が、壁体１０と一体化された例であり、その他の構成要素は、実施形態７と同様である。
　実施形態１４において、壁体１０は磁性体であり、少極磁石２１と多極磁石２２とに挟まれた部位において、壁体１０は円周に沿って複数の凹凸（複数の凹部１０ａ及び複数の凸部１０ｂ）を有する。複数の凹部１０ａと凸部１０ｂとは、周方向において等間隔に並んでいてもよい（図８を参照）。そして、当該複数の凹部１０ａと凸部１０ｂが変調子リング２３Ａに相当する。
　図７では、磁気変調ギヤ２０Ｇの３つの要素が軸方向に並ぶ構成であるので、壁体１０の凸部１０ｂは軸方向に突出している。図７において、凸部１０ｂは多極磁石２２側に突出しているが、少極磁石２１側に突出していてもよいし、多極磁石２２側と少極磁石２１側との両方に突出していてもよい。
　上記のように変調子リング２３Ａが構成されることで、凸部１０ｂが位置する箇所の磁気抵抗は低く、凹部１０ａが位置する箇所の磁気抵抗は高いというように、変調子リング２３Ａは、周方向に沿って周期的な磁気抵抗の変化を有する構成となる。
　壁体１０は、全体が磁性体であってもよいし、変調子リング２３Ａが設けられる箇所及びその周辺のみが磁性体であってもよい。
　実施形態１４の動力伝達装置１Ｇによれば、壁体１０を磁性体から構成することができ、壁体１０の設計自由度が増す。また、実施形態７のように壁体１０に複数の磁極片を固定する構成と比較して、動力伝達装置１Ｇの組立工数の削減を図ることができる。
　以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、例えば、実施形態１～１２において、変調子リングとして、複数の磁極片２３を示した。しかし、複数の磁極片２３は、１つの環状の磁性体に凹凸を有する構成に代替されてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　本発明は、動力伝達装置に利用できる。
　１、１Ａ～１Ｇ　動力伝達装置
　１０　壁体
　１０ａ　凹部
　１０ｂ　凸部
　１５　モータ
　２０、２０Ａ～２０Ｇ　磁気変調ギヤ
　２１　少極磁石
　２２　多極磁石
　２３　磁極片
　２３Ａ　変調子リング
　３１、３２　ヨーク
　４１　第１回転軸
　４２　第２回転軸
　５１、５３　軸受
　５２、５４　枠体
　Ａｘ　回転軸

Claims (10)

  1. 　壁体と、磁気変調ギヤとを備え、前記磁気変調ギヤの一部の要素が前記壁体に位置する動力伝達装置。
  2. 　前記磁気変調ギヤは、第１極対数を有する少極磁石と、前記第１極対数よりも大きな第２極対数を有する多極磁石と、周方向に沿って周期的な磁気抵抗の変化を有する変調子リングと、を有し、
    　前記少極磁石、前記多極磁石、又は、前記変調子リングが前記壁体に位置する、
    　請求項１記載の動力伝達装置。
  3. 　前記少極磁石、前記多極磁石又は前記変調子リングの３つの要素のうちの第１要素が前記壁体に位置し、
    　前記３つの要素のうちの第２要素と第３要素とが前記壁体を挟んだ一方と他方とにそれぞれ位置する、
    　請求項２記載の動力伝達装置。
  4. 　前記磁気変調ギヤは、動力の入力側から、前記少極磁石、前記変調子リング、前記多極磁石の順番で並ぶ、
    　請求項３記載の動力伝達装置。
  5. 　前記磁気変調ギヤは、前記少極磁石又は前記多極磁石が前記壁体に位置し、
    　前記変調子リングが、前記壁体を挟んだ一方に位置する
    　請求項３記載の動力伝達装置。
  6. 　前記壁体は、前記壁体を挟んだ一方から他方への液体又は気体の通過を遮る隔壁である、
    　請求項１記載の動力伝達装置。
  7. 　前記壁体は、円周に沿って複数の凹凸を有する磁性体であり、
    　前記複数の凹凸が前記変調子リングである、
    　請求項２記載の動力伝達装置。
  8. 　前記壁体は、非磁性体であり、前記少極磁石、前記多極磁石、又は、前記変調子リングが埋め込まれている、あるいは、前記少極磁石、前記多極磁石、又は、前記変調子リングが固定されている、
    　請求項２記載の動力伝達装置。
  9. 　前記少極磁石、前記多極磁石及び前記変調子リングが、前記磁気変調ギヤの回転軸に沿った方向に並ぶ、
    　請求項２記載の動力伝達装置。
  10. 　前記壁体は、円筒状の筒部を有し、
    　前記少極磁石、前記多極磁石又は前記変調子リングが前記筒部、又は、前記筒部の外面又は内面に対向するように配置され、
    　前記少極磁石、前記多極磁石及び前記変調子リングが、前記磁気変調ギヤの径方向に並ぶ、
    　請求項２記載の動力伝達装置。
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