コアレス電気機械装置
【課題】コアレス電気機械装置において大トルク実現する。
【解決手段】相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、前記第１の部材２０に配置された永久磁石２００と、前記第２の部材１５に配置された空芯の電磁コイル１００と、前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨーク１１５と、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない。
【解決手段】相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、前記第１の部材２０に配置された永久磁石２００と、前記第２の部材１５に配置された空芯の電磁コイル１００と、前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨーク１１５と、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電気機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モーターは、永久磁石と電磁コイルとの間のローレンツ力により、駆動力を発生させている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のモーターや発電機などのコアレス電気機械装置では、大トルクを実現することは難しかった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、コアレス電気機械装置で大トルクを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、前記第１の部材に配置された永久磁石と、前記第２の部材に配置された空芯の電磁コイルと、前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨークと、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、永久磁石の磁束を有効に使うことが出来るので、ロスを低減し、大トルクを実現できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記第１の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが、移動部の移動方向と平行な層構造を有する積層鋼板材を有するので、移動方向と垂直方向の渦電流の生成を抑制することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例３に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下であるので、渦電流に発生を抑制しやすい。
【００１１】
［適用例５］
請求項４に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍである、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍであってもよい。
【００１２】
［適用例６］
適用例１から適用例５のいずれかに記載のコアレス電気機械装置において、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
この適用例によれば、サイドヨークにより磁石の側面方向への磁束の漏れを抑制できる。
【００１３】
［適用例７］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、 前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑制し、渦電流損によるロスを少なくすることが可能となる。
【００１４】
［適用例８］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第１と第２の円盤形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、いわゆるアキシャルギャップ型の電気機械装置に適用が可能である。
【００１５】
［適用例９］
適用例７に記載のコアレス電気機械装置において、前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
【００１６】
［適用例１０］
適用例７または適用例９に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、穴あき円盤を積層することにより、円筒状に形成されている。渦電流は、穴あき円盤の面に沿って生成するので、渦電流を少なくすることが可能となる。
【００１７】
［適用例１１］
適用例７または適用例９に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、板を螺旋状に巻いて形成されているので、穴あき円盤を円筒形にそろえる必要がなく、成形や製造が容易となる。
【００１８】
［適用例１２］
適用例１０または適用例１１に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは電磁コイル側の側面に切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
【００１９】
［適用例１３］
適用例１２に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
【００２０】
［適用例１４］
適用例７、適用例９から適用例１３まで、のうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、突起に磁束を集中させることが出来る。その結果、電磁コイルを流れる電子に与えるローレンツ力を大きくすることが出来、トルクを増大させることが可能となる。また、突起と突起の間は、バックヨークの厚さが薄くなるので、突起間の渦電流を抑制できる。
【００２１】
［適用例１５］
適用例１４に記載のコアレス電気機械装置において、前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コギングトルクを軽減し、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
【００２２】
［適用例１６］
適用例８に記載のコアレス電気機械装置において、前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
【００２３】
［適用例１７］
適用例８または適用例１６に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークの穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されているので、穴あき円盤の放射方向の渦電流の発生を抑制し易い。
【００２４】
［適用例１８］
適用例１７に記載のコアレス電気機械装置において、前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
【００２５】
［適用例１９］
適用例１８に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は穴あき円盤形状の電磁コイル側と反対側の面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
【００２６】
［適用例２０］
適用例７から適用例１９のいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記ケースのうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、前記端面部、前記側面部のうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２７】
［適用例２１］
適用例７から適用例２０のいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、前記回転軸を支持する軸受けを有し、前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２８】
［適用例２２］
適用例２１に記載のコアレス電気機械装置において、前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有するので、ボール部における渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２９】
［適用例２３］
適用例７から適用例２２のうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが渦電流損により発熱しても、容易に放熱できる。
【００３０】
［適用例２４］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、前記第１の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、前記材２の部材は、前記材１の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第１の部材に沿って移動し、前記コイルバックヨークは、前記第２の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、本発明は、回転型のモーターだけでなく、リニアモーター、シャフトモーターにも適応することが可能である。
【００３１】
［適用例２５］
コアレス電機機械装置であって、永久磁石を有するローターと、前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域「とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ０．１ｍｍ以下の鋼板材を積層して形成されており、前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
【００３２】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、コアレス電気機械装置の他、電気機械装置用ケース等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図２】電磁コイルの製造方法を示す説明図である。
【図３】電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。
【図４】電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。
【図５】コイルバックヨーク１１５の構成を示す説明図である。
【図６】コイルバックヨーク１１５の他の構成例を示す説明図である。
【図７】渦電流の測定を模式的に示す説明図である。
【図８】本実施例の渦電流損を示す説明図である。
【図９】コイルバックヨーク１１５が積層構造をとる場合における、穴あき円盤１１５ａの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。
【図１０】本実施例によるコアレスモーターと、比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。
【図１１】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。
【図１２】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。
【図１３】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。
【図１４】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力（仕事）と、の関係を比較する説明図である。
【図１５】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと効率（＝出力電力／入力電力）と、の関係を比較する説明図である。
【図１６】第２の実施例を示す説明図である。
【図１７】第３の実施例を示す説明図である。
【図１８】本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。
【図１９】第４の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。
【図２０】中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。
【図２１】無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。
【図２２】モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図２３】第５の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。
【図２４】第６の実施例を示す説明図である。
【図２５】コイルバックヨーク１１５の製造方法を示す説明図である。
【図２６】第７の実施例を示す説明図である。
【図２７】コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。
【図２８】第８の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図２９】第９の実施例を示す説明図である。
【図３０】第１０の実施例を示す説明図である。
【図３１】第１１の実施例を示す説明図である。
【図３２】第１２の実施例を示す説明図である。
【図３３】磁場解析のモデルを示す説明図である。
【図３４】従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図３５】永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。
【図３６】本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図３７】本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図３８】本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図３９】本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図４０】本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１の実施例］
図１は、第１の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸に平行な面で切った断面であり、図１（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸に垂直な面で切った断面である。コアレスモーター１０は、ラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。このコアレスモーター１０では、ステーター１５が外側に配置されている。ステーター１５の内側には、略円筒状の空間が形成されており、この略円筒状の空間には、略円筒状のローター２０が配置されている。
【００３５】
ステーター１５は、電磁コイル１００と、ケーシング１１０と、コイルバックヨーク１１５と、を備える。ローター２０は、回転軸２３０と、複数の永久磁石２００と、を備える。回転軸２３０は、ローター２０の中心軸であり、回転軸２３０の外周に永久磁石２００が配置されている。永久磁石２００は、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向の両側には、サイドヨーク２１０が配置されている。サイドヨーク２１０は、磁性体材料で形成されており、永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向への磁束の漏れを抑制する。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。
【００３６】
ケーシング１１０は、内側が略円筒形の空間になっており、その内周に沿って複数の電磁コイル１００が配置されている。なお、本実施例では、電磁コイル１００は、内側に配置される電磁コイル１００Ａと外側に配置される電磁コイル１００Ｂとを備えている。なお、本実施例では、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂを区別する必要がない場合には、単に「電磁コイル１００」と呼ぶ。電磁コイル１００は、コアレス（空心）である。また、電磁コイル１００と永久磁石２００とは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。ここで、電磁コイル１００の回転軸２３０と平行な方向の長さは、永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向の長さよりも長くなっている。すなわち、永久磁石２００から放射方向に投射すると、電磁コイル１００の一部は、投射領域からはみ出る。電磁コイル１００のうち、このはみ出た部分を、「コイルエンド」と呼ぶ。ここで、電磁コイル１００をコイルエンドと、コイルエンド以外の部分と、に分けると、コイルエンドに流れる電流により生じる力の向きは、ローター２０の回転方向と異なる方向（回転軸２３０と平行な方向）であり、コイルエンド以外の部分に流れる電流により生じる力の向きは、ローター２０の回転方向とほぼ同じ方向である。なお、コイルエンドは、コイルエンド以外の部分を挟んで２つあり、両者に生じる力は、互いに反対方向なので、電磁コイル１００全体に掛かる力としては打ち消し合う。本実施例では、コイルエンドと重ならない領域を「有効コイル領域」と呼び、コイルエンドと重なる領域を「有効コイル領域外」と呼ぶ。電磁コイル１００の放射方向外側であって、有効コイル領域と重なる部分には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。なお、コイルバックヨーク１１５は、有効コイル領域外と重なっていないことが好ましい。コイルバックヨーク１１５が有効コイル領域外と重なっていると、コイルバックヨーク１１５の有効コイル領域外と重なる部分において、渦電流損（鉄損）が生じ、コアレスモーター１０の効率を下げて、大トルクの実現が困難となる。
【００３７】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１１と、円筒形状部分１１１の両端に配置された、回転軸２３０と垂直な円盤形状部分（端面部）１１２とを備える。２つの円盤形状部分１１２は、円筒形状部分１１１を挟んで配置されており、２つの円盤形状部分１１２と、円筒形状部分１１１は、取り付けネジ１２０により固定されている。円筒形状部分１１１は、有効コイル領域と重なっている。円筒形状部分１１１は、コイルバックヨーク１１５に生じた熱を放熱するために、熱伝導性の高い材料で形成されていてもよい。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。
【００３８】
図２は、電磁コイルの製造方法を示す説明図である。本実施例では、電磁コイル１００として、複数の電磁コイルを樹脂で固めて円筒形に成形したものを用いている。各電磁コイルは、円筒の側面の法線方向を軸方向として、その軸の周りを回るように巻かれている。図２（Ａ）に示す工程では、表、裏に帯状の凹凸のある板１５０を準備する。板１５０は、樹脂により形成されており、例えば、射出成形により製造することが可能である。板１５０は、表に凸１５１、裏に凸１５２を備える。凸１５１と凸１５２は、交互に配置されている。また、表の両端部は、凸１５１より幅の狭い凸１５１ａ、１５１ｂになっている。なお、凸１５１ａ、１５１ｂの幅の和は、他の凸１５１の幅と同じである。和が同じであれば、凸１５１ａ、１５１ｂの幅は、同じ、異なる、のいずれであってもよい。また、図２（Ｂ）に示すように、表面の凸１５１は、頂部が膨らんでいてもよく、裏面の凸１５２は、頂部１５２が凹んでいてもよい。この頂部のふくらみや凹みの曲率は、板１５０の凸１５１ａから凸１５１ｂまでの長さ、凸１５１、凸１５２の高さと、から定めることが可能である。
【００３９】
図２（Ｂ）に示す工程では、裏面の各凸１５２の周りに導体を巻き、電磁コイル１００Ａ（内相コイル）を形成する。図２（Ｃ）に示す工程では、電磁コイル１００Ａが内側に位置するように板１５０を円筒形に曲げる。このとき、表面の２つの凸１５１ａ、１５１ｂを合致させて１つの凸１５１ｃとなるように曲げる。合致した凸１５１ｃの大きさは、他の凸１５１の大きさと同じである。また、表面の凸１５１の頂部が膨らんでおり、裏面の凸１５２の頂部が凹んでいる場合には、それぞれの頂部を滑らかに結んだ面は、滑らかな円筒形の側面となっている。滑らかな円筒形の側面であれば、後の工程において板１５０及び電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを樹脂で固めるときに、段差が生じにくい。図２（Ｄ）に示す工程では、板１５０から形成された円筒の外側表面の各凸１５１の周りに導体を巻き、電磁コイル１００Ｂ（外相コイル）を形成する。図２（Ｅ）に示す工程では、円筒の内側及び外側の凹凸の間に樹脂５００を埋めて円筒の内側、外側をなめらかにする。
【００４０】
図３は、電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。図３（Ａ）は樹脂充填装置４００を下から見た図であり、図３（Ｂ）は樹脂充填装置４００を横から見た図である。樹脂充填装置４００は、底部４０１と、芯部４０２と、外壁４０３と、上蓋４０４と、樹脂充填管４０５と、を備える。図３（Ａ）では、樹脂充填管４０５の記載を省略している。底部４０１は、略円盤形状の底部４０１ａと、円筒形の側壁部４０１ｂと、を有している。上蓋４０４も同様に、底部４０４ａと、円筒形の側壁部４０４ｂと、を有している。側壁部４０１ｂあるいは、側壁部４０４ｂの内径は、電磁コイル１００の円筒の外径とほぼ同じ大きさである。芯部４０２は円柱形状をしている、芯部４０２の側面の曲率は、図２に示す凸１５２の頂部の凹みの曲率と同じであってもよい。また、芯部４０２の内部は、中空構造、充填構造いずれであってもよい。外壁４０３の内側面は、円筒形状をしている。本実施例では、電磁コイル１００とコイルバックヨーク１１５とを一体成型するため、芯部４０２の側面と外壁４０３の内側面の間の間隔は、円筒形状の板１５０の凸１５１と凸１５２の高さの和よりも少し広くしている。なお、電磁コイル１００のみ成型する場合には、芯部４０２の側面と外壁４０３の内側面の間の間隔は、円筒形状の板１５０の凸１５１の高さの２倍とほぼ同じであってもよい。樹脂充填管４０５は、上蓋４０４に接続されており、その接続位置は、芯部４０２の側面と外壁の内側面の間にあたる位置である。底部４０１と、芯部４０２と、外壁４０３と、上蓋４０４と、により形成される空間に、図２（Ｄ）で形成された、円筒形に変形された、コイル１００Ａ、１００Ｂが巻かれた板１５０を配置する。このとき、コイルバックヨーク１１５を同時に配置してもよい。底部４０１と上蓋４０４との間を加圧しながら、樹脂充填管４０５から該空間に樹脂を注入することにより、樹脂で固められた円筒形の電磁コイル１００が形成される。
【００４１】
図４は、電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。なお、本実施例では、コイルバックヨーク１１５も同時に樹脂で固める。図４（Ａ）に示す工程では、底部４０１の上、底部４０１の中央に芯部４０２を配置する。次に、図２（Ｄ）の工程で形成された、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが巻かれた円筒形に変形された板１５０を配置する。このとき、円筒形の板１５０の内側に芯部４０２が収まるように、板１５０を配置する。図４（Ｂ）に示す工程では、円筒形の板１５０の外側にコイルバックヨーク１１５を配置する。コイルバックヨーク１１５は、底部４０１の側壁部４０１ｂの上に乗るように配置される。そして、コイルバックヨーク１１５の円筒の長さ方向の中心と、板１５０の円筒の長さ方向の中心の位置はほぼ同じである。したがって、底部４０１の側壁部４０１ｂの高さは、板１５０の円筒の長さと、コイルバックヨーク１１５の円筒の長さの差の半分であることが好ましい。
【００４２】
図４（Ｃ）に示す工程では、コイルバックヨーク１１５の外側に、側壁部４０１ｂの上に乗るように外壁４０３を配置する。外壁４０３の長さは、コイルバックヨーク１１５の長さとほぼ同じであることが好ましい。図４（Ｄ）に示す工程では、上蓋４０４を配置する。なお、上蓋４０４には、樹脂充填管４０５が接続されている。図４（Ｅ）に示す工程では、上蓋４０４と底部４０１との間を加圧しながら、樹脂充填管４０５から樹脂を充填する。
【００４３】
図５は、コイルバックヨーク１１５の構成を示す説明図である。コイルバックヨーク１１５は、複数の穴あき円盤１１５ａを備える。穴あき円盤１１５ａは、円筒形に積層され、コイルバックヨーク１１５を形成する。各穴あき円盤１１５ａは、鋼板材の平板を打ち抜くことにより、容易に製造することが可能である。隣接する穴あき円盤１１５ａ間は、無垢の場合よりも高抵抗、あるいは絶縁されているので、渦電流損を少なくする効果が大きい。
【００４４】
図６は、コイルバックヨーク１１５の他の構成例を示す説明図である。コイルバックヨーク１１５は、幅より小さい厚さを有する板１１５ｂを厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている。板１１５ｂを螺旋状に巻く場合には、部材が１つであり、穴あき円盤１１５ａを円筒形にそろえる必要がないので、コイルバックヨーク１１５の成形や製造が容易である。
【００４５】
図７は、渦電流の測定を模式的に示す説明図である。被測定モーター１１は、永久磁石２００と、回転軸２３０と、コイルバックヨーク１１５とを備える。回転軸２３０は、カップリング３１０により駆動モーター３００に接続されている。本実施例では、駆動モーター３００により、被測定モーター１１を駆動し、駆動モーターの駆動電圧及び電流、並びに被測定モーター１１に発生する逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、これらの測定結果を用いて被測定モーター１１の渦電流損を取得する。本実施例では、コイルバックヨーク１１５の構造として、たとえば、無垢の構造や、板厚の異なる穴あき円盤１１５ａを複数重ねてなる積層構造を採用し、逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、それらの測定結果を用いて渦電流損の特性を取得した。
【００４６】
図８は、本実施例の渦電流損を示す説明図である。ここでは、コイルバックヨーク１１５の構造が穴あき円盤１１５ａの積層構造であるものと、コイルバックヨーク１１５が穴あき円盤１１５ａの積層構造でない、無垢の構造であるものとを比較している。コイルバックヨーク１１５が無垢の構造である場合よりも、コイルバックヨーク１１５が積層構造を有する場合（図８参照）の方が、渦電流損が少なくなっている。
【００４７】
図９は、コイルバックヨーク１１５が積層構造をとる場合における、穴あき円盤１１５ａの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。穴あき円盤１１５ａの厚さが薄い方が、渦電流損が少ない結果となっている。ここでは、板厚０．１ｍｍについては、材料として、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアを用いた。図９（Ｂ）にＪＮＥＸコアのデータを掲載する。図９（Ｂ）には、ＪＦＥスチール株式会社の別の材料ＪＮＨＦコアのデータも掲載している。このＪＮＨＦコアについても同様に渦電流を求めたところ、図９（Ａ）には掲載していないが、ＪＮＥＸコアよりもやや渦電流が少ないものであり、ＪＮＥＸコアの逆起電力電圧と同等以上の結果が得られている。
【００４８】
上記の結果は、以下の理由によるものと考えられる。渦電流は回転する永久磁石２００の磁束の移動方向と垂直の方向、すなわち２枚の穴あき円盤１１５ａの境界が為す面と垂直な方向に発生する。したがって、薄い穴あき円盤１１５ａを重ねてコイルバックヨーク１１５を形成した方が、すなわち、積層構造の方が、コイルバックヨーク１１５に流れる渦電流を少なくすることができ、渦電流損を小さくすることが可能となる。そして、穴あき円盤１１５ａの積層数が多いほど、すなわち、穴あき円盤１１５ａが薄いほどより渦電流を少なくすることが可能となる。なお、隣接する穴あき円盤１１５ａ間に絶縁物を挿入してもよい。隣接する穴あき円盤１１５ａにおいて渦電流がより移動しにくくなる。
【００４９】
図１０は、本実施例によるコアレスモーターと、同体積の比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。モーター定格回転トルク特性（回転数３０００ｒｐｍ、トルク３００ｍＮｍ）では、比較例の温度上昇が６５℃であるのに対し、本実施例のコアレスモーターの温度上昇は５５℃であり、本実施例の方が、温度上昇、すなわち、発熱が小さい。このことは、本実施例によりロ−ター側の磁石２００の磁束がコイルバックヨーク１１５により集中するため有効コイル領域への磁束密度が上昇するために、電磁コイル１００へ流れる電流が減り電磁コイル１００からの銅損失が減少した結果と、ローター側の磁石２００の回転する磁界によりコイルバックヨーク１１５に生じる渦電流損は、渦電流損を発生させないコイルバックヨーク構造により発熱が小さくなる。更に、コアレスモーターのコイルバックヨーク１１５による効果は、始動トルクで１３６％、瞬時最大トルク（６０００ｒｐｍを定回転制御させて、３秒間負荷トルクを上昇させ６０００ｒｐｍが維持できなくなった時のトルク）で１３９％と、コア付きモーターを大きく超えた結果が得られた。このことは、従来コアレスモータ（コイルバックヨークの無い）は、コア付きモーターに比べて同体積比較では、４０％以下程度のトルクしか得られなかったのが現状で、この結果によりコア付きモーター以上の特性効果は、モーター分野にとってコアレスモーター特性の常識を塗り替え、鉄損失（ヒステリシス損、渦電流損）Ｚｅｒｏ化に向けて非常に重要な意味を持つ。
【００５０】
図１１は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。ここで、実線が本実施例であり、破線が比較例である（以下、図１２〜１５において同じ）。本実施例と比較例の無負荷回転数はほぼ同じであるが、より大きな始動トルクを得ることができる。図１２は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも電流が少なくて済み、同じ電流であれば、比較例よりも大きなトルクを得ることができる。
【００５１】
図１３は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクを得ようとすると、比較例よりも入力電力が少なくて済み、同じ入力電力であればすれば、より多くのトルクを得ることが出来る。図１４は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力（仕事）と、の関係を比較する説明図である。図１５は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと効率（＝出力電力／入力電力）と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも効率がよい。以上のことから、本実施例のモーター（コアレスモーター）は、比較例のコア付モーターよりも高トルクで運転でき、より高性能を実現できるといえる。
【００５２】
以上、第１の実施例によれば、有効コイル領域と重なる部分において、コイルバックヨーク１１５を配置し、さらにコイルバックヨーク１１５円筒形部材１１４に積層構造を持たせることにより、コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流損を少なくすることが可能となる。そして、渦電流損は損失であるので、これを少なくすることにより、高トルクを実現することが可能となる。コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流は、ローター２０の回転方向と垂直な方向である。したがって、コイルバックヨーク１１５を構成する穴あき円盤１１５ａは、ローター２０の回転方向と平行、すなわち、ローター２０の回転方向と平行な層構造を備えることが好ましい。この構造を採用することにより、渦電流が流れにくく、結果的に渦電流損を発生させないことに繋がる。
【００５３】
本実施例では、コイルバックヨーク１１５は、有効コイル領域を覆い、コイルエンドを覆っていない。そのため、コイルエンドを流れる電流の変化による磁束変化の影響を受け難く、当該磁束の変化による渦電流の発生を抑制できる。また、永久磁石２００の磁束の投射領域を有効コイル領域と一致させるように、永久磁石２００を配置すれば、コイルエンド部における永久磁石２００の回転による磁束の変化による渦電流も抑制できる。
【００５４】
［第２の実施例］
図１６は、第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例は、第１の実施例と比較すると、ケーシング１１０において円筒形状部分１１１を有していない点が異なっている。そして、第２の実施例は、コイルバックヨーク１１５が、ケーシング１１０の外に突出している。コイルバックヨーク１１５の構成は、第１の実施例と同じである。そして、突出したコイルバックヨーク１１５の外側には、熱伝導性樹脂５１０が形成されている。第２の実施例の構成であっても、コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流を少なくして、コアレスモーターの効率を向上させることが可能となる。また、第２の実施例では、コイルバックヨーク１１５がケーシング１１０の外に突出しているので、渦電流損による発熱が生じても、放熱しやすい。また、本実施例では、バックヨーク１１５に外側に、熱伝導性樹脂５１０を備えているので、渦電流損により生じた熱を、熱伝導性樹脂５１０を介して放熱し易くなっている。
【００５５】
［第３の実施例］
図１７は、第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例は、コアレスブラシモーターである。第１、第２の実施例では、電磁コイル１００がステーター１５に設けられ、永久磁石２００がローター２０に設けられていた。これに対し、第３の実施例では、電磁コイル１００がローター２０に設けられ、永久磁石２００がステーター１５に設けられている。すなわち、第１、第２の実施例では、永久磁石が回転するが、第３の実施例では、電磁コイル１００が回転する。第３の実施例では、回転する電磁コイル１００に流れる電流の向きを変えるためのコミューター１７０と、コミューター１７０に接触するブラシ１６０を備えている。電磁コイル１００の永久磁石２００と反対側には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。
【００５６】
図１８は、本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。本実施例、比較例Ａ〜Ｄとも、永久磁石２００の磁石材として、ネオジウムを用いている。最大連続トルク３００ｍＮは、比較例Ｄまたは本実施例しか実現ですることは出来ない。この場合、比較例Ｄでは、出力が２５０Ｗと大出力を要するのに対し、本実施例では、出力が１００Ｗで済む。本実施例では、少ない出力、すなわち、より少ない消費電力で、高トルクを実現できる。また、本実施例は、比較例Ａ、Ｃと同様に小型である。一般に、小型のモーターでは、トルクを大きくし難い。しかし、本実施例は、小型であるにも関わらず、高トルクを実現することができる。すなわち、本実施例によれば、小型低消費電力でありながら、高トルクのモーターを実現できる。
【００５７】
[第４の実施例]
図１９は、第４の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。図１９（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸に平行な面で切った断面であり、図１９（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（１９Ｂ−１９Ｂ切断面）で切った断面である。
【００５８】
コアレスモーター１０は、略円筒状のステーター１５が外側に配置され、略円筒状のローター２０が内側に配置されたラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。ステーター１５は、ケーシング１１０の内周に沿って配列された複数の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを有している。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、コアレス（空心）である。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００とも呼ぶ。ステーター１５には、さらに、ローター２０の位相を検出する位置センサーとしての磁気センサー３００が、電磁コイル１００の各相に１つずつ配置されている（図１（Ａ））。磁気センサー３００は、回路基板３１０の上に固定されており、回路基板３１０は、ケーシング１１０に固定されている。
【００５９】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、外周に６つの永久磁石２００を有している。各永久磁石２００は、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。また、永久磁石２００と電磁コイル１００とは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。
【００６０】
回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されており、軸受け２４０は、ベアリングボール２４１を備えている。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、コイルバネ２６０を備えている。このコイルバネ２６０は、永久磁石２００を図の左方向に押すことによって、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、コイルバネ２６０は省略可能である。
【００６１】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１１と、円筒形状部分１１１の両端に配置された、回転軸２３０と垂直な円盤形状部分（端面部）１１２とで構成されている。円筒形状部分１１１と円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１１の中央部１１３は、磁性体部材で形成されている。中央部１１３は、ケーシング１１０のうち、永久磁石２００から電磁コイル１００へ向かう方向に永久磁石２００を投射したときのケーシング１１０を投射する領域である。なお、中央部１１３を、「有効長領域１１３」とも呼ぶ。また、中央部１１３は、円筒形形状をしているので、「円筒形部材１１３」とも呼ぶ。有効長領域１１３を、磁性体部材で構成し、コイルバックヨークとして機能させて、磁束線２０１を有効長領域１１３に集めてもよい。この場合、磁束線２０１は電磁コイル１００の有効コイル領域のみを通りやすくなり、コアレスモーター１０の効率を良くすることが可能となる。なお、この有効長領域１１３は、第１の実施例で示した有効コイル領域とほぼ重なっている。
【００６２】
また、有効長領域１１３は、コアレスモーター１０の外部に露出している。そして、有効長領域１１３は、磁性体部材であると同時に、導電性部材でも良い。有効長領域１１３は、コイルバックヨークとして機能するので、永久磁石２００からの磁束線２０１は、電磁コイル１００の内側を通り、有効長領域１１３を貫通し易い。ここで、ローター２０が回転すると、永久磁石２００も回転する。これにより、有効長領域１１３を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失（渦電流損）が生じ、熱として放出される。本実施例では、有効長領域１１３が、コアレスモーター１０の外部に露出しているため、渦電流損による熱が生じても、その熱をコアレスモーター１０の外部に容易に排出し、コアレスモーター１０内部に籠もることを抑制することが可能となる。なお、有効長領域１１３を構成する材料として、アルミ材等の熱伝導率が大きく放熱効果がある材料で覆ってもよい。こうすれば、更に放熱効果を高め、高トルク化が可能となる。なお、有効長領域１１３は、第１の実施例のコイルバックヨーク１１５と同様に、穴あき円盤を積層した構造（図５参照）、あるいは、細長い板を螺旋に巻いた構造（図６参照）を有していてもよい。尚、高透磁率の磁性体として注目されている金属ガラスでは、厚さが０．０２５ｍｍまで薄く成形できるため更なる渦電流損を軽減できる。
【００６３】
図２０は、中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。中央部１１３（有効長領域１１３）は、円盤形状部分１１２のうち、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂの間の領域と重なる。図１９における説明では、有効長領域１１３の範囲（有効長領域）を、永久磁石２００を放射方向に投射した領域として定めたが、このように、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂとの関係で定めてもよい。また、有効超領域１１３を、永久磁石２００を放射方向に投射した領域としてもよい。
【００６４】
また、本実施例では、ケーシング１１０の軸受け２４０は、非導電性材料で構成されているが、この有効長流域のコイルバックヨーク１１５の設計上によっては、軸受け２４０を非導電性材料にしても良いが、この場合は機械損失、回転数、寿命等の制約に注意を払うことが好ましい。
【００６５】
図２１は、無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。図２１（Ａ）が変形例における結果を示し、図２１（Ｂ）は本実施例における結果を示している。変形例のモーターは、ケーシング１１０が、ステンレス合金、すなわち導電性材料、で構成されている点で、図１９、２０に示した本実施例と異なっている。本実施例の方が変形例よりも、無負荷電流、無負荷電力の大きさと傾きが小さく、効率がよい。これは、変形例と異なり、本実施例ではケーシング１１０に渦電流損が生じないので、その分コアレスモーターの駆動電力が減って、効率が良くなったものと考えられる。また、渦電流損が生じないので、ケーシング１１０からの発熱を抑制することが可能となる。
【００６６】
本実施例では、有効長領域１１３は、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂとの関係では、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂの間の領域と重なる領域としているが、有効長領域１１３は、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂと重なる部分を有していてもよい。
【００６７】
図２２は、モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。渦電流損の測定は、図７に示す方法を用いて実行した。なお、図７では、コイルバックヨーク１１５を用いているが、図２２の結果は、図７のコイルバックヨーク１１５の代わりに円筒形部材１１３を用いたときの結果である。ここで、線Ｘは、円筒形部材１１３が積層構造を有さない無垢の構造である場合における特性を示している。線Ｙ、Ｚは、円筒形部材１１３が、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する場合における特性を示している。ここで、線Ｙは、穴あき円盤（図５参照）の厚さが０．５ｍｍの場合を示し、線Ｚは、穴あき円盤の厚さが０．１ｍｍの場合を示している。円筒形部材１１３が無垢の構造である場合よりも、円筒形部材１１３が積層構造を有する場合の方が、渦電流損が少なくなっている。そして、穴あき円盤の厚さが薄い方が、渦電流損が少ない。この理由は、第１の実施例におけるコイルバックヨーク１１５についての理由と同じである。
【００６８】
[第５の実施例]
また、上記説明では、ラジアルギャップ構造のモーターを例にとって説明したが、アキシャルギャップ構造のモーターであっても同様の適用が可能である。図２３は、第５の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。ローター２０とステーター１５は、ローター２０の回転軸２３０に垂直な第１と第２の円盤形状を有している。そして、永久磁石２００と電磁コイル１００は、ローター２０とステーター１５の対向する円盤面に対向して配置されている。永久磁石２００から電磁コイル１００に向かって磁束線２０１を投射したときの投射領域（有効長領域１１３）に磁性体部材を有している。なお、アキシャルギャップ構造の場合、有効長領域１１３は、穴あき円盤形状を有しており、端面部に設けられている。なお、有効長領域１１３は、電磁コイル１００が有する２つのコイルエンドのうちの第１のコイルエンドと、第２のコイルエンドとの間の部分と重なっていてもよく、永久磁石２００を回転させながら回転軸２３０と平行な方向に投射したときの投射領域と重なっていてもよい。
【００６９】
［第６の実施例］
図２４は、第６の実施例を示す説明図である。第６の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図２４（Ａ）は、アキシャルギャップ型モーター１０（以下、単に「モーター１０」とも呼ぶ。）を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面図を示している。図２４（Ｂ）は、ローターの平面図を示し、図２４（Ｃ）は、電磁コイル１００Ａの平面図を示し、図２４（Ｄ）は、電磁コイル１００Ｂの平面図を示し、図２４（Ｅ）は、コイルバックヨーク１１５Ａの平面図を示している。第６の実施例は、第５の実施例で説明したアキシャルギャップ型モーターと、いくつかの異なる点を除き、ほぼ同じ構成を有している。そこで、以下の説明では、第５の実施例と同じ構成のものについては、同じ符合を付し、説明を省略する。
【００７０】
以下は、第５の実施例と異なる点である。第６の実施例のモーター１０は、Ａ相用の電磁コイル１００Ａと、磁気センサー３００Ａと、回路基板３１０Ａと、Ｂ相用の電磁コイル１００Ｂと、磁気センサー３００Ｂと、回路基板３１０Ｂと、を備えている。すなわち、第６の実施例のモーター１０は、電磁コイル、磁気センサー、回路基板について、それぞれＡ相用と、Ｂ相用と、２つずつ備えている。ここで、各符合の末尾Ａ、Ｂは、Ａ相用と、Ｂ相用と、を区別するためのものである。図２４（Ｃ）（Ｄ）では、磁気センサー３００Ａは磁気コイル１００Ａのコイル内に配置され、磁気センサー３００Ｂは磁気コイル１００Ｂのコイル内に配置されているが、Ａ相の磁気センサー３００Ａが磁気コイル１００Ｂのコイル内に配置され、Ｂ相の磁気センサー３００Ｂが磁気コイル１００Ａのコイル内に配置されていてもよい。また、第６実施例は、有効長領域１１３の代わりにコイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂを備えている。すなわち、第６の実施例のモーター１０は、コイルバックヨークについても、Ａ相用、Ｂ相用を、それぞれ備えている。なお、Ａ相用のコイルバックヨーク１１５Ａと、Ｂ相用のコイルバックヨーク１１５Ｂを区別しない場合には、単に「コイルバックヨーク１１５」と呼ぶ。また、第６実施例の電磁コイル１００Ａ（１００Ｂ）の個数や永久磁石２００の個数（４個）は、第５の実施例の電磁コイル１００の個数や永久磁石２００の個数（８個）とは異なっているが、一般にモーターは、用途に応じ、これらの個数について、様々な個数を採用可能である。
【００７１】
コイルバックヨーク１１５Ａは、穴あき円盤形状を有しており、電磁コイル１００Ａの、永久磁石２００と反対側に配置されている。コイルバックヨーク１１５Ａは、例えば磁性体材料で構成されている磁性体部材であることが好ましい。また、コイルバックヨーク１１５Ａは、磁性体部材であると同時に、導電性部材でもよい。永久磁石２００からの磁束は、電磁コイル１００の内側を通り、コイルバックヨーク１１５Ａを貫通し易い。ここで、ローター２０が回転すると、永久磁石２００も回転する。これにより、コイルバックヨーク１１５Ａ有効長領域１１３を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失（渦電流損）が生じ、熱として放出される。なお、コイルバックヨーク１１５Ｂについても同様である。また、本実施例では、第５の実施例と異なり、コイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂをケースシング１１０と別個独立に備えているが、コイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂは、ケースシング１１０と一体構成であってもよい。
【００７２】
図２５は、コイルバックヨーク１１５の製造方法を示す説明図である。この製造方法は、細長い平板１１６をゼンマイバネ状に巻くことにより、コイルバックヨーク１１５を、形成する。なお、このときの平板１１６の幅が、コイルバックヨーク１１５の厚さとなる。ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク１１５は、平板１１６の重なりの間の抵抗により放射方向の抵抗が大きくなるため、放射方向の電流を少なくすることができる。したがって、放射方向の渦電流を抑制できる。なお、ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク１１５については、平板１１６の表面に絶縁物が塗布してあってもよい。この場合、コイルバックヨーク１１５における平板１１６の重なりの間の部分に絶縁物が存在することになるので、放射方向の渦電流をさらに抑制することが可能となる。
【００７３】
［第７の実施例］
図２６は、第７の実施例を示す説明図である。第７の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図２６（Ａ）は、アキシャルギャップ型モーター１０（以下、単に「モーター１０」とも呼ぶ。）を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面図を示している。図２６（Ｂ）は、モーター１０を回転軸と平行な方向から見た図である。
【００７４】
ローター２０とステーター１５は、ローター２０の回転軸２３０に垂直な円盤形状を有している。ローター２０は、永久磁石２００と、サイドヨーク２１０と、回転軸２３０と、を備える。永久磁石２００は、図２４に示すのと同様に、回転軸２３０の外周に沿って配置されており、磁化の向きは、回転軸２３０と平行な方向である。永久磁石２００の放射方向外側には、サイドヨーク２１０が配置されている。
【００７５】
ステーター１５は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１５と、軸受け２４０と、ケーシング１１０と、を備える。電磁コイル１００は、回転軸２３０と垂直な面に沿って巻かれている（図２４（Ｃ）又は（Ｄ）参照）。永久磁石２００と電磁コイル１００は、ローター２０とステーター１５の対向する円盤面に対向して配置されている。なお、電磁コイル１００のコイルエンド部分は、永久磁石２００からはみ出しており、永久磁石２００と重なっていない。第１の実施例と同様に、電磁コイル１００のコイルエンドと重なっていない領域を「有効コイル領域」とも呼び、コイルエンドと重なっている領域を「運動外領域」と呼ぶ。電磁コイル１００の永久磁石２００との反対側には、コイルバックヨーク１１５が配置されている。コイルバックヨーク１１５は、穴あき円盤形状を有しており、有効コイル領域と重なっている。ケーシング１１０は、熱伝導性を有しており、コイルバックヨーク１１５と接触し、渦電流損によりコイルバックヨーク１１５に生じた熱を外部に廃熱する。
【００７６】
この実施例によれば、渦電流損によりコイルバックヨーク１１５に生じた熱を、ケーシング１１０を通じて容易に廃熱できる。また、コイルバックヨーク１１５は、図２５に示したような、細い板をゼンマイバネ形状に巻いたものであってもよい。コイルバックヨーク１１５における渦電流を減らし、渦電流損による発熱を抑制することができる。
【００７７】
［第８の実施例］
図２７は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５は、図１０に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図２７（Ｂ）は、一方の面に切り欠き部１１５Ｓを備えるコイルバックヨークを示す。なお、モーター１０へのコイルバックヨーク配置時には、この切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ（１００Ｂ）に隣接する面側に位置するように、コイルバックヨーク１１５が配置される。このコイルバックヨーク１１５は、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５に対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることにより製造することが可能である。図２７（Ｃ）は、切り欠き部１１５Ｓが他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃを有するコイルバックヨークを示す。このコイルバックヨーク１１５は、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨークに対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることの他、打ち抜きプレスにより製造することも可能である。図２７（Ｄ）は、一方の面に切り欠き部１１５Ｓを複数備えるコイルバックヨークを示す。この場合、複数の切り欠き部１１５Ｓは、互いに回転対称となる位置に設けられていることが好ましい。なお、切り欠き部１１５Ｓと切り欠き部１１５Ｃとは、混在していてもよい。ただし、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃは、１個であることが好ましい。他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃが複数あると、コイルバックヨーク１１５が２分されてしまうからである。
【００７８】
図２８は、第８の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。なお、渦電流損は、図７に示す方法により行った。ここで、線Ｘは、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｃが設けられていない場合における特性を示している。線Ｙは、図２７（Ｂ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｓが設けられている場合における特性を示している。線Ｚは、図２７（Ｃ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｃが設けられている場合における特性を示している。コイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｓが有る方（線Ｙ）が、渦電流が少なく、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃが有る方が、更に渦電流が少なくなっている。これは、以下の理由によるものと考えることができる。渦電流は磁束の方向と垂直の方向、すなわちコイルバックヨーク１１５の面方向に発生する。ここで、切り欠き部１１５Ｓ、１１５Ｓは、円盤形状の円周方向の渦電流を抑制する。そして、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃは、円盤形状の円周方向の渦電流を遮断する。したがって、切り欠き部１１５Ｓ、１１５Ｃを設けることにより、渦電流損を小さくすることが可能である。
【００７９】
なお、コイルバックヨーク１１５Ａは、その切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ側に位置するように配置されることが好ましい。渦電流は、電磁コイル１００Ａ側の方が発生しやすく、切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ側にあると、切り欠き部１１５Ｓにより、この渦電流を抑制し易いからである。
【００８０】
［第９の実施例］
図２９は、第９の実施例を示す説明図である。第９の実施例は、第４の実施例の円筒形部材１１３に第８の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図２９（Ａ）の円筒形部材１１３は、第４の実施例に示す円筒形部材である。図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）の円筒形部材１１３の内壁側に切り欠き部１１３ＢＳを設けたものである。図２９（Ｃ）は、図２９（Ａ）の円筒形部材１１３に対し、内壁から外壁に達する切り欠き部１１３ＢＣを設けたものである。このように、円筒形部材１１３に切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを設けてもよい。これにより、渦電流を抑制し、渦電流損を少なくすることが可能となる。なお、本実施例では、板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている円筒形部材１１３を例に取り説明したが、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する円筒形部材や、無垢の円筒形部材に切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを設けてもよい。
【００８１】
［第１０の実施例］
図３０は、第１０の実施例を示す説明図である。第１０の実施例は、リニアモーターである。リニアモーター１２は、可動部１６と固定部２１とを備える。固定部２１は、２つの磁石２００と、磁石バックヨーク２０２と、を備える。２つの磁石２００は、磁石バックヨーク２０２を挟むように配置されている。２つの磁石２００の磁束の向きは、磁石バックヨーク２０２側がＳ極、外側（磁石バックヨーク２０２と反対側）がＮ極となっている。なお、Ｎ極、Ｓ極は逆であってもよい。また、磁石２００は、移動方向と平行なスリットを備えていてもよい。
【００８２】
可動部１６は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１６と、を備える。電磁コイル１００は、可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に巻かれている。コイルバックヨーク１１６は、電磁コイル１００の磁石２００と反対側に配置されている。すなわち、磁石２００とコイルバックヨーク１１６との間に電磁コイルが位置する。コイルバックヨーク１１６は、複数の板が積層されて構成されており、複数の板の境界面は、可動部１６の移動方向と平行である。可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に生じる渦電流の発生を抑制できる。
【００８３】
［第１１の実施例］
図３１は、第１１の実施例を示す説明図である。第１１の実施例は、シャフトモーター１３である。シャフトモーター１３は、磁石シャフト２０５と、移動体１７と、を備える。磁石シャフト２０５は、磁石２００と、非磁性体ケース２５０と、ストッパー２６０と、を備える。磁石２００は、複数あり、非磁性体ケース２５０中に、直列に並べて配置されている。各磁石２００の磁化の方向は、磁石シャフト２０５の長さ方向であり、交互に向きが１８０°入れ替わっている。すなわち、隣接する磁石２００は、同じ極（Ｎ極同士、Ｓ極同士）が向かい合っている。そのため、２つの磁石２００からの磁束は２つの磁束の間で反発する。結果として、隣接する磁石２００の間における磁束の向きは、磁石シャフト２０５を中心とした放射方向となる。ストッパー２６０は、磁石シャフト２０５の両端に配置されており、移動体１７が磁石シャフト２０５から抜けないようにする。
【００８４】
移動体１７は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１６と、コイルケース１１７と、を備える。電磁コイル１００は、磁石シャフト２０５の外周に沿って巻かれている。磁石２００の磁束の方向は磁石シャフト２０５を中心とする放射方向であり、電磁コイル１００を流れる電流の向きは、磁石シャフト２０５の外周に沿った方向であるので、電磁コイル１００が受ける力の方向は、フレミングの左手の法則により、磁石シャフト２０５の長さ方向となる。コイルバックヨーク１１６は、電磁コイル１００の放射方向の外側に配置されている。コイルバックヨーク１１６は、放射方向を第１の辺、移動体１７の移動方向を第２の辺とする長方形に板を、円筒状に積層下構造を有している。このコイルバックヨーク１１６の構造により、円筒の円周に沿った渦電流を少なくすることができる。コイルケース１１７は、電磁コイル１００とコイルバックヨーク１１６を収納するケースである。
【００８５】
［第１２の実施例］
図３２は、第１２の実施例を示す説明図である。図３２（Ａ）は、回転軸２３０の方向（ｚ方向）から見た図であり、図３２（Ｂ）は、回転軸２３０の方向と垂直な方向（ｘ方向）から見た図である。なお、第１２の実施例では、図３２（Ｂ）に示すように、電磁コイルを配置する領域が、電磁コイル１００Ａが配置される領域と電磁コイル１００Ｂが配置される領域とに分かれている。そのため、図３２（Ａ）では、電磁コイル１００Ａのみが見える状態である。第１２の実施例は、第１の実施例と比較するとコイルバックヨーク１１５の形状が異なっている。すなわち、第１２の実施例におけるコイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００Ａの極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部１１５ｄを有している。なお本実施例では、隣り合う突起部１１５ｄの間の凹んだ部分を谷部１１５ｅと呼ぶ。この構成は、電磁コイル１００Ｂについても同様である。以下、本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００と呼ぶ。本実施例では、コイルバックヨーク１１５が突起部１１５ｄを有しているため、永久磁石２００側の面に段差が生じる。そこで、本実施例では、コイルバックヨーク１１５の永久磁石２００側に熱伝導性の樹脂５００をモールドすることにより、コイルバックヨーク１１５の永久磁石２００側の面を滑らかにしている。
【００８６】
コイルバックヨーク１１５は、磁性体部材で形成されているため、永久磁石２００の磁束は、谷部１１５ｅよりも突起部１１５ｄに集中し易い。その結果、電磁コイル１００Ａを形成する配線内の電子にかかるローレンツ力を大きくするとことができる。モーター１０のトルクを増大させることが可能となる。また、隣接する突起部１１５ｄの間には谷部１１５ｅが形成されているので、隣接する突起部１１５ｄの間を流れる渦電流を低減することが可能となる。
【００８７】
突起部１１５ｄは、回転軸２３０を中心として点対称となるように形成されることが好ましい。突起部１１５ｄが回転軸２３０を中心として点対称となるように形成することにより、コギングトルクを軽減することが可能となる。その結果、モーター１０は、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
【００８８】
なお、第１と第１２の実施例では、電磁コイル１００の数が異なっているが、磁石２００の個数と電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの数については、一般に、様々な組み合わせが可能である。
【００８９】
以上、第１２の実施例によれば、コイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００の極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部１１５ｄを有しているので、永久磁石２００の磁束を集中させることができ、その結果、モーター１０のトルクを増大させることが可能となる。
【００９０】
［第１３の実施例］
図３３は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図３３（Ａ）は、回転軸２３０の方向と垂直な方向（ｘ方向）から見た図であり、図３３（Ｂ）は、回転軸２３０の方向（ｚ方向）から見た図である。このモデルでは、６個の永久磁石２００と、回転軸２３０と、磁気センサー３００と、コイルバックヨーク１１５と、を備える。永久磁石２００は、回転軸２３０の周りに配置されており、磁化の方向は、回転軸２３０を中心とする放射方向である。コイルバックヨーク１１５は、略円筒形を有しており、永久磁石２００と一定の間隔を空けて配置されている。そこで、電磁コイル１００が設けられる空間領域の磁束密度を計測するために、ホール素子により構成された磁気センサー３００で、永久磁石２００の外周表面からコイルバックヨーク１１５間までの距離（L1）に応じた磁束密度を観測する。
【００９１】
従来の磁場解析によるシミュレーションでは、永久磁石２００の表面における磁束密度は、コイルバックヨークの有無にかかわらず、一定となるモデルを用いていた。図３４は、従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。従来のシミュレーションでは、永久磁石２００表面（ローター表面）の磁束密度は、コイルバックヨーク１１５の有無により、ほとんど違いはない。一方、永久磁石２００の表面からの距離（Ｌ１）が大きくなると、コイルバックヨーク１１５を備えていない場合には、コイルバックヨーク１１５を備えている場合に比べて、磁束密度は小さくなる。
【００９２】
図３５は、永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。本実施例では、コイルバックヨーク１１５の材料として、ＪＥＦ社のＪＮＥＸコア及びＪＮＨＦコア（図９（Ｂ）参照）とパーマロイを用い、コイルバックヨークを備えない場合（以下「コイルバックヨーク無し」と呼ぶ。）と比較した。コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク１１５を備えている方が、磁束密度が大きく、特に、永久磁石２００の表面においても、コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク１１５を備えている方が、磁束密度が大きかった。この点は、シミュレーションモデルと異なる点であった。また、コイルバックヨーク１１５の材料にＪＮＥＸコアあるいは、ＪＮＨＦコアを用いた場合の磁束密度は、コイルバックヨーク１１５の材料にパーマロイを用いた場合に比べ、大きな磁束密度が得られた。なお、コイルバックヨーク１１５の材料として、ＪＮＥＸコアと、ＪＮＨＦコアとの間には有意差は無かった。
【００９３】
以上のように、実測値では、コイルバックヨーク１１５を備えた方が、備えないよりも、磁束密度を大きくできるという結果が得られた。すなわち、モーター１０のトルクを増大させるには、コイルバックヨーク１１５を備えることが好ましい。また、JNEX,JNHFコアは、変圧器用材料として検討されているため、材料厚が０．１［ｍｍ］と非常に薄く成形され、モーター１０の永久磁石ローターの回転から生じる渦電流損に対しても非常に少ない事が確認されている。
尚、ＪＮＥＸとＪＮＨＦ材の材料構成を以下に示す。
ＪＮＥＸ材：鋼板材全域に６．５％のＳｉを含有加工
ＪＮＨＦ材：鋼板材の両面域の各２５％に６．５％のＳｉを含有加工（中心部５０％は未Ｓｉ）
【００９４】
他の変形例：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
【００９５】
図３６は、本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ３１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源３１１０Ｒ、３１１０Ｇ、３１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ３１４０Ｒ、３１４０Ｇ、３１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系３１６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン３１７０と、プロジェクタ３１００の全体を制御する制御部３１８０と、を備えている。冷却ファン３１７０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【００９６】
図３７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図３７（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図３７（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話３２００は、携帯電話３２００の動作を制御するＭＰＵ３２１０と、ファン３２２０と、燃料電池３２３０とを備えている。燃料電池３２３０は、ＭＰＵ３２１０やファン３２２０に電源を供給する。ファン３２２０は、燃料電池３２３０への空気供給のために携帯電話３２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池３２３０で生成される水分を携帯電話３２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン３２２０を図３７（Ｃ）のようにＭＰＵ３２１０の上に配置して、ＭＰＵ３２１０を冷却するようにしてもよい。ファン３２２０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【００９７】
図３８は、本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
【００９８】
図３９は、本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、モーター３４３０とを有している。このモーター３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモーター３４３０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
【００９９】
図４０は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【０１００】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…モーター（コアレスモーター）
１１…被測定モーター
１２…リニアモーター
１３…シャフトモーター
１５…ステーター
１６…可動部
１７…移動体
２０…ローター
２１…固定部
１００、１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１０１Ａ、１０１Ｂ…コイルエンド
１１０…ケーシング
１１１…円筒形状部分
１１２…円盤形状部分
１１３…中央部（有効長領域、円筒形部材）
１１３ＢＳ、１１３ＢＣ…切り欠き部
１１５ａ…穴あき円盤
１１５ｂ…板
１１５Ｃ、１１５Ｓ…切り欠き部
１１５…コイルバックヨーク
１１５ｄ…突起部
１１５ｅ…谷部
１１６…コイルバックヨーク
１１７…コイルケース
１１５ＢＣ、１１５ＢＳ…切り欠き部
１５０…板
１５１、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５２…凸
１６０…ブラシ
１７０…コミューター
２００…永久磁石
２０１…磁束線
２０２…磁石バックヨーク
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２４１…ベアリングボール
２６０…コイルバネ
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
５１０…熱伝導性樹脂
３１００…プロジェクタ
３１１０…光源
３１４０…液晶ライトバルブ
３１５０…クロスダイクロイックプリズム
３１６０…投写レンズ系
３１７０…冷却ファン
３１８０…制御部
３２００…携帯電話
３２２０…ファン
３２３０…燃料電池
３３００…自転車
３３１０…モーター
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モーター
３５００…鉄道車両
３５１０…モーター
３５２０…車輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電気機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モーターは、永久磁石と電磁コイルとの間のローレンツ力により、駆動力を発生させている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のモーターや発電機などのコアレス電気機械装置では、大トルクを実現することは難しかった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、コアレス電気機械装置で大トルクを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、前記第１の部材に配置された永久磁石と、前記第２の部材に配置された空芯の電磁コイルと、前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨークと、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、永久磁石の磁束を有効に使うことが出来るので、ロスを低減し、大トルクを実現できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記第１の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが、移動部の移動方向と平行な層構造を有する積層鋼板材を有するので、移動方向と垂直方向の渦電流の生成を抑制することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例３に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下であるので、渦電流に発生を抑制しやすい。
【００１１】
［適用例５］
請求項４に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍである、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍであってもよい。
【００１２】
［適用例６］
適用例１から適用例５のいずれかに記載のコアレス電気機械装置において、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
この適用例によれば、サイドヨークにより磁石の側面方向への磁束の漏れを抑制できる。
【００１３】
［適用例７］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、 前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑制し、渦電流損によるロスを少なくすることが可能となる。
【００１４】
［適用例８］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第１と第２の円盤形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、いわゆるアキシャルギャップ型の電気機械装置に適用が可能である。
【００１５】
［適用例９］
適用例７に記載のコアレス電気機械装置において、前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
【００１６】
［適用例１０］
適用例７または適用例９に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、穴あき円盤を積層することにより、円筒状に形成されている。渦電流は、穴あき円盤の面に沿って生成するので、渦電流を少なくすることが可能となる。
【００１７】
［適用例１１］
適用例７または適用例９に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、板を螺旋状に巻いて形成されているので、穴あき円盤を円筒形にそろえる必要がなく、成形や製造が容易となる。
【００１８】
［適用例１２］
適用例１０または適用例１１に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは電磁コイル側の側面に切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
【００１９】
［適用例１３］
適用例１２に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
【００２０】
［適用例１４］
適用例７、適用例９から適用例１３まで、のうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、突起に磁束を集中させることが出来る。その結果、電磁コイルを流れる電子に与えるローレンツ力を大きくすることが出来、トルクを増大させることが可能となる。また、突起と突起の間は、バックヨークの厚さが薄くなるので、突起間の渦電流を抑制できる。
【００２１】
［適用例１５］
適用例１４に記載のコアレス電気機械装置において、前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コギングトルクを軽減し、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
【００２２】
［適用例１６］
適用例８に記載のコアレス電気機械装置において、前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
【００２３】
［適用例１７］
適用例８または適用例１６に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークの穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されているので、穴あき円盤の放射方向の渦電流の発生を抑制し易い。
【００２４】
［適用例１８］
適用例１７に記載のコアレス電気機械装置において、前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
【００２５】
［適用例１９］
適用例１８に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は穴あき円盤形状の電磁コイル側と反対側の面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
【００２６】
［適用例２０］
適用例７から適用例１９のいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記ケースのうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、前記端面部、前記側面部のうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２７】
［適用例２１］
適用例７から適用例２０のいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、前記回転軸を支持する軸受けを有し、前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２８】
［適用例２２］
適用例２１に記載のコアレス電気機械装置において、前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有するので、ボール部における渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
【００２９】
［適用例２３］
適用例７から適用例２２のうちのいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが渦電流損により発熱しても、容易に放熱できる。
【００３０】
［適用例２４］
適用例１から適用例６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、前記第１の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、前記材２の部材は、前記材１の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第１の部材に沿って移動し、前記コイルバックヨークは、前記第２の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、本発明は、回転型のモーターだけでなく、リニアモーター、シャフトモーターにも適応することが可能である。
【００３１】
［適用例２５］
コアレス電機機械装置であって、永久磁石を有するローターと、前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域「とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ０．１ｍｍ以下の鋼板材を積層して形成されており、前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
【００３２】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、コアレス電気機械装置の他、電気機械装置用ケース等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図２】電磁コイルの製造方法を示す説明図である。
【図３】電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。
【図４】電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。
【図５】コイルバックヨーク１１５の構成を示す説明図である。
【図６】コイルバックヨーク１１５の他の構成例を示す説明図である。
【図７】渦電流の測定を模式的に示す説明図である。
【図８】本実施例の渦電流損を示す説明図である。
【図９】コイルバックヨーク１１５が積層構造をとる場合における、穴あき円盤１１５ａの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。
【図１０】本実施例によるコアレスモーターと、比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。
【図１１】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。
【図１２】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。
【図１３】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。
【図１４】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力（仕事）と、の関係を比較する説明図である。
【図１５】本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと効率（＝出力電力／入力電力）と、の関係を比較する説明図である。
【図１６】第２の実施例を示す説明図である。
【図１７】第３の実施例を示す説明図である。
【図１８】本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。
【図１９】第４の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。
【図２０】中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。
【図２１】無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。
【図２２】モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図２３】第５の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。
【図２４】第６の実施例を示す説明図である。
【図２５】コイルバックヨーク１１５の製造方法を示す説明図である。
【図２６】第７の実施例を示す説明図である。
【図２７】コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。
【図２８】第８の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。
【図２９】第９の実施例を示す説明図である。
【図３０】第１０の実施例を示す説明図である。
【図３１】第１１の実施例を示す説明図である。
【図３２】第１２の実施例を示す説明図である。
【図３３】磁場解析のモデルを示す説明図である。
【図３４】従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図３５】永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。
【図３６】本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図３７】本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図３８】本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図３９】本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図４０】本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１の実施例］
図１は、第１の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸に平行な面で切った断面であり、図１（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸に垂直な面で切った断面である。コアレスモーター１０は、ラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。このコアレスモーター１０では、ステーター１５が外側に配置されている。ステーター１５の内側には、略円筒状の空間が形成されており、この略円筒状の空間には、略円筒状のローター２０が配置されている。
【００３５】
ステーター１５は、電磁コイル１００と、ケーシング１１０と、コイルバックヨーク１１５と、を備える。ローター２０は、回転軸２３０と、複数の永久磁石２００と、を備える。回転軸２３０は、ローター２０の中心軸であり、回転軸２３０の外周に永久磁石２００が配置されている。永久磁石２００は、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向の両側には、サイドヨーク２１０が配置されている。サイドヨーク２１０は、磁性体材料で形成されており、永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向への磁束の漏れを抑制する。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。
【００３６】
ケーシング１１０は、内側が略円筒形の空間になっており、その内周に沿って複数の電磁コイル１００が配置されている。なお、本実施例では、電磁コイル１００は、内側に配置される電磁コイル１００Ａと外側に配置される電磁コイル１００Ｂとを備えている。なお、本実施例では、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂを区別する必要がない場合には、単に「電磁コイル１００」と呼ぶ。電磁コイル１００は、コアレス（空心）である。また、電磁コイル１００と永久磁石２００とは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。ここで、電磁コイル１００の回転軸２３０と平行な方向の長さは、永久磁石２００の回転軸２３０と平行な方向の長さよりも長くなっている。すなわち、永久磁石２００から放射方向に投射すると、電磁コイル１００の一部は、投射領域からはみ出る。電磁コイル１００のうち、このはみ出た部分を、「コイルエンド」と呼ぶ。ここで、電磁コイル１００をコイルエンドと、コイルエンド以外の部分と、に分けると、コイルエンドに流れる電流により生じる力の向きは、ローター２０の回転方向と異なる方向（回転軸２３０と平行な方向）であり、コイルエンド以外の部分に流れる電流により生じる力の向きは、ローター２０の回転方向とほぼ同じ方向である。なお、コイルエンドは、コイルエンド以外の部分を挟んで２つあり、両者に生じる力は、互いに反対方向なので、電磁コイル１００全体に掛かる力としては打ち消し合う。本実施例では、コイルエンドと重ならない領域を「有効コイル領域」と呼び、コイルエンドと重なる領域を「有効コイル領域外」と呼ぶ。電磁コイル１００の放射方向外側であって、有効コイル領域と重なる部分には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。なお、コイルバックヨーク１１５は、有効コイル領域外と重なっていないことが好ましい。コイルバックヨーク１１５が有効コイル領域外と重なっていると、コイルバックヨーク１１５の有効コイル領域外と重なる部分において、渦電流損（鉄損）が生じ、コアレスモーター１０の効率を下げて、大トルクの実現が困難となる。
【００３７】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１１と、円筒形状部分１１１の両端に配置された、回転軸２３０と垂直な円盤形状部分（端面部）１１２とを備える。２つの円盤形状部分１１２は、円筒形状部分１１１を挟んで配置されており、２つの円盤形状部分１１２と、円筒形状部分１１１は、取り付けネジ１２０により固定されている。円筒形状部分１１１は、有効コイル領域と重なっている。円筒形状部分１１１は、コイルバックヨーク１１５に生じた熱を放熱するために、熱伝導性の高い材料で形成されていてもよい。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。
【００３８】
図２は、電磁コイルの製造方法を示す説明図である。本実施例では、電磁コイル１００として、複数の電磁コイルを樹脂で固めて円筒形に成形したものを用いている。各電磁コイルは、円筒の側面の法線方向を軸方向として、その軸の周りを回るように巻かれている。図２（Ａ）に示す工程では、表、裏に帯状の凹凸のある板１５０を準備する。板１５０は、樹脂により形成されており、例えば、射出成形により製造することが可能である。板１５０は、表に凸１５１、裏に凸１５２を備える。凸１５１と凸１５２は、交互に配置されている。また、表の両端部は、凸１５１より幅の狭い凸１５１ａ、１５１ｂになっている。なお、凸１５１ａ、１５１ｂの幅の和は、他の凸１５１の幅と同じである。和が同じであれば、凸１５１ａ、１５１ｂの幅は、同じ、異なる、のいずれであってもよい。また、図２（Ｂ）に示すように、表面の凸１５１は、頂部が膨らんでいてもよく、裏面の凸１５２は、頂部１５２が凹んでいてもよい。この頂部のふくらみや凹みの曲率は、板１５０の凸１５１ａから凸１５１ｂまでの長さ、凸１５１、凸１５２の高さと、から定めることが可能である。
【００３９】
図２（Ｂ）に示す工程では、裏面の各凸１５２の周りに導体を巻き、電磁コイル１００Ａ（内相コイル）を形成する。図２（Ｃ）に示す工程では、電磁コイル１００Ａが内側に位置するように板１５０を円筒形に曲げる。このとき、表面の２つの凸１５１ａ、１５１ｂを合致させて１つの凸１５１ｃとなるように曲げる。合致した凸１５１ｃの大きさは、他の凸１５１の大きさと同じである。また、表面の凸１５１の頂部が膨らんでおり、裏面の凸１５２の頂部が凹んでいる場合には、それぞれの頂部を滑らかに結んだ面は、滑らかな円筒形の側面となっている。滑らかな円筒形の側面であれば、後の工程において板１５０及び電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを樹脂で固めるときに、段差が生じにくい。図２（Ｄ）に示す工程では、板１５０から形成された円筒の外側表面の各凸１５１の周りに導体を巻き、電磁コイル１００Ｂ（外相コイル）を形成する。図２（Ｅ）に示す工程では、円筒の内側及び外側の凹凸の間に樹脂５００を埋めて円筒の内側、外側をなめらかにする。
【００４０】
図３は、電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。図３（Ａ）は樹脂充填装置４００を下から見た図であり、図３（Ｂ）は樹脂充填装置４００を横から見た図である。樹脂充填装置４００は、底部４０１と、芯部４０２と、外壁４０３と、上蓋４０４と、樹脂充填管４０５と、を備える。図３（Ａ）では、樹脂充填管４０５の記載を省略している。底部４０１は、略円盤形状の底部４０１ａと、円筒形の側壁部４０１ｂと、を有している。上蓋４０４も同様に、底部４０４ａと、円筒形の側壁部４０４ｂと、を有している。側壁部４０１ｂあるいは、側壁部４０４ｂの内径は、電磁コイル１００の円筒の外径とほぼ同じ大きさである。芯部４０２は円柱形状をしている、芯部４０２の側面の曲率は、図２に示す凸１５２の頂部の凹みの曲率と同じであってもよい。また、芯部４０２の内部は、中空構造、充填構造いずれであってもよい。外壁４０３の内側面は、円筒形状をしている。本実施例では、電磁コイル１００とコイルバックヨーク１１５とを一体成型するため、芯部４０２の側面と外壁４０３の内側面の間の間隔は、円筒形状の板１５０の凸１５１と凸１５２の高さの和よりも少し広くしている。なお、電磁コイル１００のみ成型する場合には、芯部４０２の側面と外壁４０３の内側面の間の間隔は、円筒形状の板１５０の凸１５１の高さの２倍とほぼ同じであってもよい。樹脂充填管４０５は、上蓋４０４に接続されており、その接続位置は、芯部４０２の側面と外壁の内側面の間にあたる位置である。底部４０１と、芯部４０２と、外壁４０３と、上蓋４０４と、により形成される空間に、図２（Ｄ）で形成された、円筒形に変形された、コイル１００Ａ、１００Ｂが巻かれた板１５０を配置する。このとき、コイルバックヨーク１１５を同時に配置してもよい。底部４０１と上蓋４０４との間を加圧しながら、樹脂充填管４０５から該空間に樹脂を注入することにより、樹脂で固められた円筒形の電磁コイル１００が形成される。
【００４１】
図４は、電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。なお、本実施例では、コイルバックヨーク１１５も同時に樹脂で固める。図４（Ａ）に示す工程では、底部４０１の上、底部４０１の中央に芯部４０２を配置する。次に、図２（Ｄ）の工程で形成された、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが巻かれた円筒形に変形された板１５０を配置する。このとき、円筒形の板１５０の内側に芯部４０２が収まるように、板１５０を配置する。図４（Ｂ）に示す工程では、円筒形の板１５０の外側にコイルバックヨーク１１５を配置する。コイルバックヨーク１１５は、底部４０１の側壁部４０１ｂの上に乗るように配置される。そして、コイルバックヨーク１１５の円筒の長さ方向の中心と、板１５０の円筒の長さ方向の中心の位置はほぼ同じである。したがって、底部４０１の側壁部４０１ｂの高さは、板１５０の円筒の長さと、コイルバックヨーク１１５の円筒の長さの差の半分であることが好ましい。
【００４２】
図４（Ｃ）に示す工程では、コイルバックヨーク１１５の外側に、側壁部４０１ｂの上に乗るように外壁４０３を配置する。外壁４０３の長さは、コイルバックヨーク１１５の長さとほぼ同じであることが好ましい。図４（Ｄ）に示す工程では、上蓋４０４を配置する。なお、上蓋４０４には、樹脂充填管４０５が接続されている。図４（Ｅ）に示す工程では、上蓋４０４と底部４０１との間を加圧しながら、樹脂充填管４０５から樹脂を充填する。
【００４３】
図５は、コイルバックヨーク１１５の構成を示す説明図である。コイルバックヨーク１１５は、複数の穴あき円盤１１５ａを備える。穴あき円盤１１５ａは、円筒形に積層され、コイルバックヨーク１１５を形成する。各穴あき円盤１１５ａは、鋼板材の平板を打ち抜くことにより、容易に製造することが可能である。隣接する穴あき円盤１１５ａ間は、無垢の場合よりも高抵抗、あるいは絶縁されているので、渦電流損を少なくする効果が大きい。
【００４４】
図６は、コイルバックヨーク１１５の他の構成例を示す説明図である。コイルバックヨーク１１５は、幅より小さい厚さを有する板１１５ｂを厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている。板１１５ｂを螺旋状に巻く場合には、部材が１つであり、穴あき円盤１１５ａを円筒形にそろえる必要がないので、コイルバックヨーク１１５の成形や製造が容易である。
【００４５】
図７は、渦電流の測定を模式的に示す説明図である。被測定モーター１１は、永久磁石２００と、回転軸２３０と、コイルバックヨーク１１５とを備える。回転軸２３０は、カップリング３１０により駆動モーター３００に接続されている。本実施例では、駆動モーター３００により、被測定モーター１１を駆動し、駆動モーターの駆動電圧及び電流、並びに被測定モーター１１に発生する逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、これらの測定結果を用いて被測定モーター１１の渦電流損を取得する。本実施例では、コイルバックヨーク１１５の構造として、たとえば、無垢の構造や、板厚の異なる穴あき円盤１１５ａを複数重ねてなる積層構造を採用し、逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、それらの測定結果を用いて渦電流損の特性を取得した。
【００４６】
図８は、本実施例の渦電流損を示す説明図である。ここでは、コイルバックヨーク１１５の構造が穴あき円盤１１５ａの積層構造であるものと、コイルバックヨーク１１５が穴あき円盤１１５ａの積層構造でない、無垢の構造であるものとを比較している。コイルバックヨーク１１５が無垢の構造である場合よりも、コイルバックヨーク１１５が積層構造を有する場合（図８参照）の方が、渦電流損が少なくなっている。
【００４７】
図９は、コイルバックヨーク１１５が積層構造をとる場合における、穴あき円盤１１５ａの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。穴あき円盤１１５ａの厚さが薄い方が、渦電流損が少ない結果となっている。ここでは、板厚０．１ｍｍについては、材料として、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアを用いた。図９（Ｂ）にＪＮＥＸコアのデータを掲載する。図９（Ｂ）には、ＪＦＥスチール株式会社の別の材料ＪＮＨＦコアのデータも掲載している。このＪＮＨＦコアについても同様に渦電流を求めたところ、図９（Ａ）には掲載していないが、ＪＮＥＸコアよりもやや渦電流が少ないものであり、ＪＮＥＸコアの逆起電力電圧と同等以上の結果が得られている。
【００４８】
上記の結果は、以下の理由によるものと考えられる。渦電流は回転する永久磁石２００の磁束の移動方向と垂直の方向、すなわち２枚の穴あき円盤１１５ａの境界が為す面と垂直な方向に発生する。したがって、薄い穴あき円盤１１５ａを重ねてコイルバックヨーク１１５を形成した方が、すなわち、積層構造の方が、コイルバックヨーク１１５に流れる渦電流を少なくすることができ、渦電流損を小さくすることが可能となる。そして、穴あき円盤１１５ａの積層数が多いほど、すなわち、穴あき円盤１１５ａが薄いほどより渦電流を少なくすることが可能となる。なお、隣接する穴あき円盤１１５ａ間に絶縁物を挿入してもよい。隣接する穴あき円盤１１５ａにおいて渦電流がより移動しにくくなる。
【００４９】
図１０は、本実施例によるコアレスモーターと、同体積の比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。モーター定格回転トルク特性（回転数３０００ｒｐｍ、トルク３００ｍＮｍ）では、比較例の温度上昇が６５℃であるのに対し、本実施例のコアレスモーターの温度上昇は５５℃であり、本実施例の方が、温度上昇、すなわち、発熱が小さい。このことは、本実施例によりロ−ター側の磁石２００の磁束がコイルバックヨーク１１５により集中するため有効コイル領域への磁束密度が上昇するために、電磁コイル１００へ流れる電流が減り電磁コイル１００からの銅損失が減少した結果と、ローター側の磁石２００の回転する磁界によりコイルバックヨーク１１５に生じる渦電流損は、渦電流損を発生させないコイルバックヨーク構造により発熱が小さくなる。更に、コアレスモーターのコイルバックヨーク１１５による効果は、始動トルクで１３６％、瞬時最大トルク（６０００ｒｐｍを定回転制御させて、３秒間負荷トルクを上昇させ６０００ｒｐｍが維持できなくなった時のトルク）で１３９％と、コア付きモーターを大きく超えた結果が得られた。このことは、従来コアレスモータ（コイルバックヨークの無い）は、コア付きモーターに比べて同体積比較では、４０％以下程度のトルクしか得られなかったのが現状で、この結果によりコア付きモーター以上の特性効果は、モーター分野にとってコアレスモーター特性の常識を塗り替え、鉄損失（ヒステリシス損、渦電流損）Ｚｅｒｏ化に向けて非常に重要な意味を持つ。
【００５０】
図１１は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。ここで、実線が本実施例であり、破線が比較例である（以下、図１２〜１５において同じ）。本実施例と比較例の無負荷回転数はほぼ同じであるが、より大きな始動トルクを得ることができる。図１２は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも電流が少なくて済み、同じ電流であれば、比較例よりも大きなトルクを得ることができる。
【００５１】
図１３は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクを得ようとすると、比較例よりも入力電力が少なくて済み、同じ入力電力であればすれば、より多くのトルクを得ることが出来る。図１４は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力（仕事）と、の関係を比較する説明図である。図１５は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと効率（＝出力電力／入力電力）と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも効率がよい。以上のことから、本実施例のモーター（コアレスモーター）は、比較例のコア付モーターよりも高トルクで運転でき、より高性能を実現できるといえる。
【００５２】
以上、第１の実施例によれば、有効コイル領域と重なる部分において、コイルバックヨーク１１５を配置し、さらにコイルバックヨーク１１５円筒形部材１１４に積層構造を持たせることにより、コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流損を少なくすることが可能となる。そして、渦電流損は損失であるので、これを少なくすることにより、高トルクを実現することが可能となる。コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流は、ローター２０の回転方向と垂直な方向である。したがって、コイルバックヨーク１１５を構成する穴あき円盤１１５ａは、ローター２０の回転方向と平行、すなわち、ローター２０の回転方向と平行な層構造を備えることが好ましい。この構造を採用することにより、渦電流が流れにくく、結果的に渦電流損を発生させないことに繋がる。
【００５３】
本実施例では、コイルバックヨーク１１５は、有効コイル領域を覆い、コイルエンドを覆っていない。そのため、コイルエンドを流れる電流の変化による磁束変化の影響を受け難く、当該磁束の変化による渦電流の発生を抑制できる。また、永久磁石２００の磁束の投射領域を有効コイル領域と一致させるように、永久磁石２００を配置すれば、コイルエンド部における永久磁石２００の回転による磁束の変化による渦電流も抑制できる。
【００５４】
［第２の実施例］
図１６は、第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例は、第１の実施例と比較すると、ケーシング１１０において円筒形状部分１１１を有していない点が異なっている。そして、第２の実施例は、コイルバックヨーク１１５が、ケーシング１１０の外に突出している。コイルバックヨーク１１５の構成は、第１の実施例と同じである。そして、突出したコイルバックヨーク１１５の外側には、熱伝導性樹脂５１０が形成されている。第２の実施例の構成であっても、コイルバックヨーク１１５に生じる渦電流を少なくして、コアレスモーターの効率を向上させることが可能となる。また、第２の実施例では、コイルバックヨーク１１５がケーシング１１０の外に突出しているので、渦電流損による発熱が生じても、放熱しやすい。また、本実施例では、バックヨーク１１５に外側に、熱伝導性樹脂５１０を備えているので、渦電流損により生じた熱を、熱伝導性樹脂５１０を介して放熱し易くなっている。
【００５５】
［第３の実施例］
図１７は、第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例は、コアレスブラシモーターである。第１、第２の実施例では、電磁コイル１００がステーター１５に設けられ、永久磁石２００がローター２０に設けられていた。これに対し、第３の実施例では、電磁コイル１００がローター２０に設けられ、永久磁石２００がステーター１５に設けられている。すなわち、第１、第２の実施例では、永久磁石が回転するが、第３の実施例では、電磁コイル１００が回転する。第３の実施例では、回転する電磁コイル１００に流れる電流の向きを変えるためのコミューター１７０と、コミューター１７０に接触するブラシ１６０を備えている。電磁コイル１００の永久磁石２００と反対側には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。
【００５６】
図１８は、本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。本実施例、比較例Ａ〜Ｄとも、永久磁石２００の磁石材として、ネオジウムを用いている。最大連続トルク３００ｍＮは、比較例Ｄまたは本実施例しか実現ですることは出来ない。この場合、比較例Ｄでは、出力が２５０Ｗと大出力を要するのに対し、本実施例では、出力が１００Ｗで済む。本実施例では、少ない出力、すなわち、より少ない消費電力で、高トルクを実現できる。また、本実施例は、比較例Ａ、Ｃと同様に小型である。一般に、小型のモーターでは、トルクを大きくし難い。しかし、本実施例は、小型であるにも関わらず、高トルクを実現することができる。すなわち、本実施例によれば、小型低消費電力でありながら、高トルクのモーターを実現できる。
【００５７】
[第４の実施例]
図１９は、第４の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。図１９（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸に平行な面で切った断面であり、図１９（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（１９Ｂ−１９Ｂ切断面）で切った断面である。
【００５８】
コアレスモーター１０は、略円筒状のステーター１５が外側に配置され、略円筒状のローター２０が内側に配置されたラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。ステーター１５は、ケーシング１１０の内周に沿って配列された複数の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを有している。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、コアレス（空心）である。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００とも呼ぶ。ステーター１５には、さらに、ローター２０の位相を検出する位置センサーとしての磁気センサー３００が、電磁コイル１００の各相に１つずつ配置されている（図１（Ａ））。磁気センサー３００は、回路基板３１０の上に固定されており、回路基板３１０は、ケーシング１１０に固定されている。
【００５９】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、外周に６つの永久磁石２００を有している。各永久磁石２００は、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。また、永久磁石２００と電磁コイル１００とは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。
【００６０】
回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されており、軸受け２４０は、ベアリングボール２４１を備えている。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、コイルバネ２６０を備えている。このコイルバネ２６０は、永久磁石２００を図の左方向に押すことによって、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、コイルバネ２６０は省略可能である。
【００６１】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１１と、円筒形状部分１１１の両端に配置された、回転軸２３０と垂直な円盤形状部分（端面部）１１２とで構成されている。円筒形状部分１１１と円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１１の中央部１１３は、磁性体部材で形成されている。中央部１１３は、ケーシング１１０のうち、永久磁石２００から電磁コイル１００へ向かう方向に永久磁石２００を投射したときのケーシング１１０を投射する領域である。なお、中央部１１３を、「有効長領域１１３」とも呼ぶ。また、中央部１１３は、円筒形形状をしているので、「円筒形部材１１３」とも呼ぶ。有効長領域１１３を、磁性体部材で構成し、コイルバックヨークとして機能させて、磁束線２０１を有効長領域１１３に集めてもよい。この場合、磁束線２０１は電磁コイル１００の有効コイル領域のみを通りやすくなり、コアレスモーター１０の効率を良くすることが可能となる。なお、この有効長領域１１３は、第１の実施例で示した有効コイル領域とほぼ重なっている。
【００６２】
また、有効長領域１１３は、コアレスモーター１０の外部に露出している。そして、有効長領域１１３は、磁性体部材であると同時に、導電性部材でも良い。有効長領域１１３は、コイルバックヨークとして機能するので、永久磁石２００からの磁束線２０１は、電磁コイル１００の内側を通り、有効長領域１１３を貫通し易い。ここで、ローター２０が回転すると、永久磁石２００も回転する。これにより、有効長領域１１３を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失（渦電流損）が生じ、熱として放出される。本実施例では、有効長領域１１３が、コアレスモーター１０の外部に露出しているため、渦電流損による熱が生じても、その熱をコアレスモーター１０の外部に容易に排出し、コアレスモーター１０内部に籠もることを抑制することが可能となる。なお、有効長領域１１３を構成する材料として、アルミ材等の熱伝導率が大きく放熱効果がある材料で覆ってもよい。こうすれば、更に放熱効果を高め、高トルク化が可能となる。なお、有効長領域１１３は、第１の実施例のコイルバックヨーク１１５と同様に、穴あき円盤を積層した構造（図５参照）、あるいは、細長い板を螺旋に巻いた構造（図６参照）を有していてもよい。尚、高透磁率の磁性体として注目されている金属ガラスでは、厚さが０．０２５ｍｍまで薄く成形できるため更なる渦電流損を軽減できる。
【００６３】
図２０は、中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。中央部１１３（有効長領域１１３）は、円盤形状部分１１２のうち、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂの間の領域と重なる。図１９における説明では、有効長領域１１３の範囲（有効長領域）を、永久磁石２００を放射方向に投射した領域として定めたが、このように、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂとの関係で定めてもよい。また、有効超領域１１３を、永久磁石２００を放射方向に投射した領域としてもよい。
【００６４】
また、本実施例では、ケーシング１１０の軸受け２４０は、非導電性材料で構成されているが、この有効長流域のコイルバックヨーク１１５の設計上によっては、軸受け２４０を非導電性材料にしても良いが、この場合は機械損失、回転数、寿命等の制約に注意を払うことが好ましい。
【００６５】
図２１は、無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。図２１（Ａ）が変形例における結果を示し、図２１（Ｂ）は本実施例における結果を示している。変形例のモーターは、ケーシング１１０が、ステンレス合金、すなわち導電性材料、で構成されている点で、図１９、２０に示した本実施例と異なっている。本実施例の方が変形例よりも、無負荷電流、無負荷電力の大きさと傾きが小さく、効率がよい。これは、変形例と異なり、本実施例ではケーシング１１０に渦電流損が生じないので、その分コアレスモーターの駆動電力が減って、効率が良くなったものと考えられる。また、渦電流損が生じないので、ケーシング１１０からの発熱を抑制することが可能となる。
【００６６】
本実施例では、有効長領域１１３は、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂとの関係では、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂの間の領域と重なる領域としているが、有効長領域１１３は、２つのコイルエンド１０１Ａ、１０１Ｂと重なる部分を有していてもよい。
【００６７】
図２２は、モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。渦電流損の測定は、図７に示す方法を用いて実行した。なお、図７では、コイルバックヨーク１１５を用いているが、図２２の結果は、図７のコイルバックヨーク１１５の代わりに円筒形部材１１３を用いたときの結果である。ここで、線Ｘは、円筒形部材１１３が積層構造を有さない無垢の構造である場合における特性を示している。線Ｙ、Ｚは、円筒形部材１１３が、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する場合における特性を示している。ここで、線Ｙは、穴あき円盤（図５参照）の厚さが０．５ｍｍの場合を示し、線Ｚは、穴あき円盤の厚さが０．１ｍｍの場合を示している。円筒形部材１１３が無垢の構造である場合よりも、円筒形部材１１３が積層構造を有する場合の方が、渦電流損が少なくなっている。そして、穴あき円盤の厚さが薄い方が、渦電流損が少ない。この理由は、第１の実施例におけるコイルバックヨーク１１５についての理由と同じである。
【００６８】
[第５の実施例]
また、上記説明では、ラジアルギャップ構造のモーターを例にとって説明したが、アキシャルギャップ構造のモーターであっても同様の適用が可能である。図２３は、第５の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。ローター２０とステーター１５は、ローター２０の回転軸２３０に垂直な第１と第２の円盤形状を有している。そして、永久磁石２００と電磁コイル１００は、ローター２０とステーター１５の対向する円盤面に対向して配置されている。永久磁石２００から電磁コイル１００に向かって磁束線２０１を投射したときの投射領域（有効長領域１１３）に磁性体部材を有している。なお、アキシャルギャップ構造の場合、有効長領域１１３は、穴あき円盤形状を有しており、端面部に設けられている。なお、有効長領域１１３は、電磁コイル１００が有する２つのコイルエンドのうちの第１のコイルエンドと、第２のコイルエンドとの間の部分と重なっていてもよく、永久磁石２００を回転させながら回転軸２３０と平行な方向に投射したときの投射領域と重なっていてもよい。
【００６９】
［第６の実施例］
図２４は、第６の実施例を示す説明図である。第６の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図２４（Ａ）は、アキシャルギャップ型モーター１０（以下、単に「モーター１０」とも呼ぶ。）を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面図を示している。図２４（Ｂ）は、ローターの平面図を示し、図２４（Ｃ）は、電磁コイル１００Ａの平面図を示し、図２４（Ｄ）は、電磁コイル１００Ｂの平面図を示し、図２４（Ｅ）は、コイルバックヨーク１１５Ａの平面図を示している。第６の実施例は、第５の実施例で説明したアキシャルギャップ型モーターと、いくつかの異なる点を除き、ほぼ同じ構成を有している。そこで、以下の説明では、第５の実施例と同じ構成のものについては、同じ符合を付し、説明を省略する。
【００７０】
以下は、第５の実施例と異なる点である。第６の実施例のモーター１０は、Ａ相用の電磁コイル１００Ａと、磁気センサー３００Ａと、回路基板３１０Ａと、Ｂ相用の電磁コイル１００Ｂと、磁気センサー３００Ｂと、回路基板３１０Ｂと、を備えている。すなわち、第６の実施例のモーター１０は、電磁コイル、磁気センサー、回路基板について、それぞれＡ相用と、Ｂ相用と、２つずつ備えている。ここで、各符合の末尾Ａ、Ｂは、Ａ相用と、Ｂ相用と、を区別するためのものである。図２４（Ｃ）（Ｄ）では、磁気センサー３００Ａは磁気コイル１００Ａのコイル内に配置され、磁気センサー３００Ｂは磁気コイル１００Ｂのコイル内に配置されているが、Ａ相の磁気センサー３００Ａが磁気コイル１００Ｂのコイル内に配置され、Ｂ相の磁気センサー３００Ｂが磁気コイル１００Ａのコイル内に配置されていてもよい。また、第６実施例は、有効長領域１１３の代わりにコイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂを備えている。すなわち、第６の実施例のモーター１０は、コイルバックヨークについても、Ａ相用、Ｂ相用を、それぞれ備えている。なお、Ａ相用のコイルバックヨーク１１５Ａと、Ｂ相用のコイルバックヨーク１１５Ｂを区別しない場合には、単に「コイルバックヨーク１１５」と呼ぶ。また、第６実施例の電磁コイル１００Ａ（１００Ｂ）の個数や永久磁石２００の個数（４個）は、第５の実施例の電磁コイル１００の個数や永久磁石２００の個数（８個）とは異なっているが、一般にモーターは、用途に応じ、これらの個数について、様々な個数を採用可能である。
【００７１】
コイルバックヨーク１１５Ａは、穴あき円盤形状を有しており、電磁コイル１００Ａの、永久磁石２００と反対側に配置されている。コイルバックヨーク１１５Ａは、例えば磁性体材料で構成されている磁性体部材であることが好ましい。また、コイルバックヨーク１１５Ａは、磁性体部材であると同時に、導電性部材でもよい。永久磁石２００からの磁束は、電磁コイル１００の内側を通り、コイルバックヨーク１１５Ａを貫通し易い。ここで、ローター２０が回転すると、永久磁石２００も回転する。これにより、コイルバックヨーク１１５Ａ有効長領域１１３を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失（渦電流損）が生じ、熱として放出される。なお、コイルバックヨーク１１５Ｂについても同様である。また、本実施例では、第５の実施例と異なり、コイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂをケースシング１１０と別個独立に備えているが、コイルバックヨーク１１５Ａ、１１５Ｂは、ケースシング１１０と一体構成であってもよい。
【００７２】
図２５は、コイルバックヨーク１１５の製造方法を示す説明図である。この製造方法は、細長い平板１１６をゼンマイバネ状に巻くことにより、コイルバックヨーク１１５を、形成する。なお、このときの平板１１６の幅が、コイルバックヨーク１１５の厚さとなる。ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク１１５は、平板１１６の重なりの間の抵抗により放射方向の抵抗が大きくなるため、放射方向の電流を少なくすることができる。したがって、放射方向の渦電流を抑制できる。なお、ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク１１５については、平板１１６の表面に絶縁物が塗布してあってもよい。この場合、コイルバックヨーク１１５における平板１１６の重なりの間の部分に絶縁物が存在することになるので、放射方向の渦電流をさらに抑制することが可能となる。
【００７３】
［第７の実施例］
図２６は、第７の実施例を示す説明図である。第７の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図２６（Ａ）は、アキシャルギャップ型モーター１０（以下、単に「モーター１０」とも呼ぶ。）を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面図を示している。図２６（Ｂ）は、モーター１０を回転軸と平行な方向から見た図である。
【００７４】
ローター２０とステーター１５は、ローター２０の回転軸２３０に垂直な円盤形状を有している。ローター２０は、永久磁石２００と、サイドヨーク２１０と、回転軸２３０と、を備える。永久磁石２００は、図２４に示すのと同様に、回転軸２３０の外周に沿って配置されており、磁化の向きは、回転軸２３０と平行な方向である。永久磁石２００の放射方向外側には、サイドヨーク２１０が配置されている。
【００７５】
ステーター１５は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１５と、軸受け２４０と、ケーシング１１０と、を備える。電磁コイル１００は、回転軸２３０と垂直な面に沿って巻かれている（図２４（Ｃ）又は（Ｄ）参照）。永久磁石２００と電磁コイル１００は、ローター２０とステーター１５の対向する円盤面に対向して配置されている。なお、電磁コイル１００のコイルエンド部分は、永久磁石２００からはみ出しており、永久磁石２００と重なっていない。第１の実施例と同様に、電磁コイル１００のコイルエンドと重なっていない領域を「有効コイル領域」とも呼び、コイルエンドと重なっている領域を「運動外領域」と呼ぶ。電磁コイル１００の永久磁石２００との反対側には、コイルバックヨーク１１５が配置されている。コイルバックヨーク１１５は、穴あき円盤形状を有しており、有効コイル領域と重なっている。ケーシング１１０は、熱伝導性を有しており、コイルバックヨーク１１５と接触し、渦電流損によりコイルバックヨーク１１５に生じた熱を外部に廃熱する。
【００７６】
この実施例によれば、渦電流損によりコイルバックヨーク１１５に生じた熱を、ケーシング１１０を通じて容易に廃熱できる。また、コイルバックヨーク１１５は、図２５に示したような、細い板をゼンマイバネ形状に巻いたものであってもよい。コイルバックヨーク１１５における渦電流を減らし、渦電流損による発熱を抑制することができる。
【００７７】
［第８の実施例］
図２７は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５は、図１０に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図２７（Ｂ）は、一方の面に切り欠き部１１５Ｓを備えるコイルバックヨークを示す。なお、モーター１０へのコイルバックヨーク配置時には、この切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ（１００Ｂ）に隣接する面側に位置するように、コイルバックヨーク１１５が配置される。このコイルバックヨーク１１５は、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５に対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることにより製造することが可能である。図２７（Ｃ）は、切り欠き部１１５Ｓが他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃを有するコイルバックヨークを示す。このコイルバックヨーク１１５は、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨークに対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることの他、打ち抜きプレスにより製造することも可能である。図２７（Ｄ）は、一方の面に切り欠き部１１５Ｓを複数備えるコイルバックヨークを示す。この場合、複数の切り欠き部１１５Ｓは、互いに回転対称となる位置に設けられていることが好ましい。なお、切り欠き部１１５Ｓと切り欠き部１１５Ｃとは、混在していてもよい。ただし、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃは、１個であることが好ましい。他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃが複数あると、コイルバックヨーク１１５が２分されてしまうからである。
【００７８】
図２８は、第８の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。なお、渦電流損は、図７に示す方法により行った。ここで、線Ｘは、図２７（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｃが設けられていない場合における特性を示している。線Ｙは、図２７（Ｂ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｓが設けられている場合における特性を示している。線Ｚは、図２７（Ｃ）に示すコイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｃが設けられている場合における特性を示している。コイルバックヨーク１１５に切り欠き部１１５Ｓが有る方（線Ｙ）が、渦電流が少なく、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃが有る方が、更に渦電流が少なくなっている。これは、以下の理由によるものと考えることができる。渦電流は磁束の方向と垂直の方向、すなわちコイルバックヨーク１１５の面方向に発生する。ここで、切り欠き部１１５Ｓ、１１５Ｓは、円盤形状の円周方向の渦電流を抑制する。そして、他方の面まで達している切り欠き部１１５Ｃは、円盤形状の円周方向の渦電流を遮断する。したがって、切り欠き部１１５Ｓ、１１５Ｃを設けることにより、渦電流損を小さくすることが可能である。
【００７９】
なお、コイルバックヨーク１１５Ａは、その切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ側に位置するように配置されることが好ましい。渦電流は、電磁コイル１００Ａ側の方が発生しやすく、切り欠き部１１５Ｓが電磁コイル１００Ａ側にあると、切り欠き部１１５Ｓにより、この渦電流を抑制し易いからである。
【００８０】
［第９の実施例］
図２９は、第９の実施例を示す説明図である。第９の実施例は、第４の実施例の円筒形部材１１３に第８の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図２９（Ａ）の円筒形部材１１３は、第４の実施例に示す円筒形部材である。図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）の円筒形部材１１３の内壁側に切り欠き部１１３ＢＳを設けたものである。図２９（Ｃ）は、図２９（Ａ）の円筒形部材１１３に対し、内壁から外壁に達する切り欠き部１１３ＢＣを設けたものである。このように、円筒形部材１１３に切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを設けてもよい。これにより、渦電流を抑制し、渦電流損を少なくすることが可能となる。なお、本実施例では、板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている円筒形部材１１３を例に取り説明したが、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する円筒形部材や、無垢の円筒形部材に切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを設けてもよい。
【００８１】
［第１０の実施例］
図３０は、第１０の実施例を示す説明図である。第１０の実施例は、リニアモーターである。リニアモーター１２は、可動部１６と固定部２１とを備える。固定部２１は、２つの磁石２００と、磁石バックヨーク２０２と、を備える。２つの磁石２００は、磁石バックヨーク２０２を挟むように配置されている。２つの磁石２００の磁束の向きは、磁石バックヨーク２０２側がＳ極、外側（磁石バックヨーク２０２と反対側）がＮ極となっている。なお、Ｎ極、Ｓ極は逆であってもよい。また、磁石２００は、移動方向と平行なスリットを備えていてもよい。
【００８２】
可動部１６は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１６と、を備える。電磁コイル１００は、可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に巻かれている。コイルバックヨーク１１６は、電磁コイル１００の磁石２００と反対側に配置されている。すなわち、磁石２００とコイルバックヨーク１１６との間に電磁コイルが位置する。コイルバックヨーク１１６は、複数の板が積層されて構成されており、複数の板の境界面は、可動部１６の移動方向と平行である。可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に生じる渦電流の発生を抑制できる。
【００８３】
［第１１の実施例］
図３１は、第１１の実施例を示す説明図である。第１１の実施例は、シャフトモーター１３である。シャフトモーター１３は、磁石シャフト２０５と、移動体１７と、を備える。磁石シャフト２０５は、磁石２００と、非磁性体ケース２５０と、ストッパー２６０と、を備える。磁石２００は、複数あり、非磁性体ケース２５０中に、直列に並べて配置されている。各磁石２００の磁化の方向は、磁石シャフト２０５の長さ方向であり、交互に向きが１８０°入れ替わっている。すなわち、隣接する磁石２００は、同じ極（Ｎ極同士、Ｓ極同士）が向かい合っている。そのため、２つの磁石２００からの磁束は２つの磁束の間で反発する。結果として、隣接する磁石２００の間における磁束の向きは、磁石シャフト２０５を中心とした放射方向となる。ストッパー２６０は、磁石シャフト２０５の両端に配置されており、移動体１７が磁石シャフト２０５から抜けないようにする。
【００８４】
移動体１７は、電磁コイル１００と、コイルバックヨーク１１６と、コイルケース１１７と、を備える。電磁コイル１００は、磁石シャフト２０５の外周に沿って巻かれている。磁石２００の磁束の方向は磁石シャフト２０５を中心とする放射方向であり、電磁コイル１００を流れる電流の向きは、磁石シャフト２０５の外周に沿った方向であるので、電磁コイル１００が受ける力の方向は、フレミングの左手の法則により、磁石シャフト２０５の長さ方向となる。コイルバックヨーク１１６は、電磁コイル１００の放射方向の外側に配置されている。コイルバックヨーク１１６は、放射方向を第１の辺、移動体１７の移動方向を第２の辺とする長方形に板を、円筒状に積層下構造を有している。このコイルバックヨーク１１６の構造により、円筒の円周に沿った渦電流を少なくすることができる。コイルケース１１７は、電磁コイル１００とコイルバックヨーク１１６を収納するケースである。
【００８５】
［第１２の実施例］
図３２は、第１２の実施例を示す説明図である。図３２（Ａ）は、回転軸２３０の方向（ｚ方向）から見た図であり、図３２（Ｂ）は、回転軸２３０の方向と垂直な方向（ｘ方向）から見た図である。なお、第１２の実施例では、図３２（Ｂ）に示すように、電磁コイルを配置する領域が、電磁コイル１００Ａが配置される領域と電磁コイル１００Ｂが配置される領域とに分かれている。そのため、図３２（Ａ）では、電磁コイル１００Ａのみが見える状態である。第１２の実施例は、第１の実施例と比較するとコイルバックヨーク１１５の形状が異なっている。すなわち、第１２の実施例におけるコイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００Ａの極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部１１５ｄを有している。なお本実施例では、隣り合う突起部１１５ｄの間の凹んだ部分を谷部１１５ｅと呼ぶ。この構成は、電磁コイル１００Ｂについても同様である。以下、本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００と呼ぶ。本実施例では、コイルバックヨーク１１５が突起部１１５ｄを有しているため、永久磁石２００側の面に段差が生じる。そこで、本実施例では、コイルバックヨーク１１５の永久磁石２００側に熱伝導性の樹脂５００をモールドすることにより、コイルバックヨーク１１５の永久磁石２００側の面を滑らかにしている。
【００８６】
コイルバックヨーク１１５は、磁性体部材で形成されているため、永久磁石２００の磁束は、谷部１１５ｅよりも突起部１１５ｄに集中し易い。その結果、電磁コイル１００Ａを形成する配線内の電子にかかるローレンツ力を大きくするとことができる。モーター１０のトルクを増大させることが可能となる。また、隣接する突起部１１５ｄの間には谷部１１５ｅが形成されているので、隣接する突起部１１５ｄの間を流れる渦電流を低減することが可能となる。
【００８７】
突起部１１５ｄは、回転軸２３０を中心として点対称となるように形成されることが好ましい。突起部１１５ｄが回転軸２３０を中心として点対称となるように形成することにより、コギングトルクを軽減することが可能となる。その結果、モーター１０は、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
【００８８】
なお、第１と第１２の実施例では、電磁コイル１００の数が異なっているが、磁石２００の個数と電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの数については、一般に、様々な組み合わせが可能である。
【００８９】
以上、第１２の実施例によれば、コイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００の極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部１１５ｄを有しているので、永久磁石２００の磁束を集中させることができ、その結果、モーター１０のトルクを増大させることが可能となる。
【００９０】
［第１３の実施例］
図３３は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図３３（Ａ）は、回転軸２３０の方向と垂直な方向（ｘ方向）から見た図であり、図３３（Ｂ）は、回転軸２３０の方向（ｚ方向）から見た図である。このモデルでは、６個の永久磁石２００と、回転軸２３０と、磁気センサー３００と、コイルバックヨーク１１５と、を備える。永久磁石２００は、回転軸２３０の周りに配置されており、磁化の方向は、回転軸２３０を中心とする放射方向である。コイルバックヨーク１１５は、略円筒形を有しており、永久磁石２００と一定の間隔を空けて配置されている。そこで、電磁コイル１００が設けられる空間領域の磁束密度を計測するために、ホール素子により構成された磁気センサー３００で、永久磁石２００の外周表面からコイルバックヨーク１１５間までの距離（L1）に応じた磁束密度を観測する。
【００９１】
従来の磁場解析によるシミュレーションでは、永久磁石２００の表面における磁束密度は、コイルバックヨークの有無にかかわらず、一定となるモデルを用いていた。図３４は、従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。従来のシミュレーションでは、永久磁石２００表面（ローター表面）の磁束密度は、コイルバックヨーク１１５の有無により、ほとんど違いはない。一方、永久磁石２００の表面からの距離（Ｌ１）が大きくなると、コイルバックヨーク１１５を備えていない場合には、コイルバックヨーク１１５を備えている場合に比べて、磁束密度は小さくなる。
【００９２】
図３５は、永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。本実施例では、コイルバックヨーク１１５の材料として、ＪＥＦ社のＪＮＥＸコア及びＪＮＨＦコア（図９（Ｂ）参照）とパーマロイを用い、コイルバックヨークを備えない場合（以下「コイルバックヨーク無し」と呼ぶ。）と比較した。コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク１１５を備えている方が、磁束密度が大きく、特に、永久磁石２００の表面においても、コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク１１５を備えている方が、磁束密度が大きかった。この点は、シミュレーションモデルと異なる点であった。また、コイルバックヨーク１１５の材料にＪＮＥＸコアあるいは、ＪＮＨＦコアを用いた場合の磁束密度は、コイルバックヨーク１１５の材料にパーマロイを用いた場合に比べ、大きな磁束密度が得られた。なお、コイルバックヨーク１１５の材料として、ＪＮＥＸコアと、ＪＮＨＦコアとの間には有意差は無かった。
【００９３】
以上のように、実測値では、コイルバックヨーク１１５を備えた方が、備えないよりも、磁束密度を大きくできるという結果が得られた。すなわち、モーター１０のトルクを増大させるには、コイルバックヨーク１１５を備えることが好ましい。また、JNEX,JNHFコアは、変圧器用材料として検討されているため、材料厚が０．１［ｍｍ］と非常に薄く成形され、モーター１０の永久磁石ローターの回転から生じる渦電流損に対しても非常に少ない事が確認されている。
尚、ＪＮＥＸとＪＮＨＦ材の材料構成を以下に示す。
ＪＮＥＸ材：鋼板材全域に６．５％のＳｉを含有加工
ＪＮＨＦ材：鋼板材の両面域の各２５％に６．５％のＳｉを含有加工（中心部５０％は未Ｓｉ）
【００９４】
他の変形例：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
【００９５】
図３６は、本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ３１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源３１１０Ｒ、３１１０Ｇ、３１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ３１４０Ｒ、３１４０Ｇ、３１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系３１６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン３１７０と、プロジェクタ３１００の全体を制御する制御部３１８０と、を備えている。冷却ファン３１７０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【００９６】
図３７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図３７（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図３７（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話３２００は、携帯電話３２００の動作を制御するＭＰＵ３２１０と、ファン３２２０と、燃料電池３２３０とを備えている。燃料電池３２３０は、ＭＰＵ３２１０やファン３２２０に電源を供給する。ファン３２２０は、燃料電池３２３０への空気供給のために携帯電話３２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池３２３０で生成される水分を携帯電話３２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン３２２０を図３７（Ｃ）のようにＭＰＵ３２１０の上に配置して、ＭＰＵ３２１０を冷却するようにしてもよい。ファン３２２０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【００９７】
図３８は、本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
【００９８】
図３９は、本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、モーター３４３０とを有している。このモーター３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモーター３４３０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
【００９９】
図４０は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
【０１００】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…モーター（コアレスモーター）
１１…被測定モーター
１２…リニアモーター
１３…シャフトモーター
１５…ステーター
１６…可動部
１７…移動体
２０…ローター
２１…固定部
１００、１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１０１Ａ、１０１Ｂ…コイルエンド
１１０…ケーシング
１１１…円筒形状部分
１１２…円盤形状部分
１１３…中央部（有効長領域、円筒形部材）
１１３ＢＳ、１１３ＢＣ…切り欠き部
１１５ａ…穴あき円盤
１１５ｂ…板
１１５Ｃ、１１５Ｓ…切り欠き部
１１５…コイルバックヨーク
１１５ｄ…突起部
１１５ｅ…谷部
１１６…コイルバックヨーク
１１７…コイルケース
１１５ＢＣ、１１５ＢＳ…切り欠き部
１５０…板
１５１、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５２…凸
１６０…ブラシ
１７０…コミューター
２００…永久磁石
２０１…磁束線
２０２…磁石バックヨーク
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２４１…ベアリングボール
２６０…コイルバネ
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
５１０…熱伝導性樹脂
３１００…プロジェクタ
３１１０…光源
３１４０…液晶ライトバルブ
３１５０…クロスダイクロイックプリズム
３１６０…投写レンズ系
３１７０…冷却ファン
３１８０…制御部
３２００…携帯電話
３２２０…ファン
３２３０…燃料電池
３３００…自転車
３３１０…モーター
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モーター
３５００…鉄道車両
３５１０…モーター
３５２０…車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、
前記第１の部材に配置された永久磁石と、
前記第２の部材に配置された空芯の電磁コイルと、
前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨークと、
を備え、
前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、
前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、
前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記第１の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項４】
請求項３に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下である、コアレス電気機械装置。
【請求項５】
請求項３に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍである、コアレス電気機械装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第１と第２の円盤形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
【請求項９】
請求項７に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項９に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項９に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
【請求項１４】
請求項７、請求項９から請求項１３まで、のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、
前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコアレス電気機械装置において、
前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１６】
請求項８に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
【請求項１７】
請求項８または請求項１６に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、
前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のコアレス電気機械装置において、
前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
【請求項２０】
請求項７から請求項１９のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記ケースのうち前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項２１】
請求項７から請求項２０いずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、
前記回転軸を支持する軸受けを有し、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項２３】
請求項７から請求項２２のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
【請求項２４】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、
前記材２の部材は、前記材１の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第１の部材に沿って移動し、
前記コイルバックヨークは、前記第２の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項２５】
コアレス電機機械装置であって、
永久磁石を有するローターと、
前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、
前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、
前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、
前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ０．１ｍｍ以下の鋼板材を積層して形成されており、
前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
【請求項１】
相対的に移動可能な第１と第２の部材を有するコアレス電機機械装置であって、
前記第１の部材に配置された永久磁石と、
前記第２の部材に配置された空芯の電磁コイルと、
前記第２の部材に配置された積層構造を有するコイルバックヨークと、
を備え、
前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間に配置されており、
前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第１の部材を相対的に移動方向に移動させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有しており、
前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記第１の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項４】
請求項３に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、０．１ｍｍ以下である、コアレス電気機械装置。
【請求項５】
請求項３に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、約０．１ｍｍである、コアレス電気機械装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第２の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第１と第２の円盤形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
【請求項９】
請求項７に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項９に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項９に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
【請求項１４】
請求項７、請求項９から請求項１３まで、のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、
前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコアレス電気機械装置において、
前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１６】
請求項８に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
【請求項１７】
請求項８または請求項１６に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、
前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のコアレス電気機械装置において、
前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
【請求項２０】
請求項７から請求項１９のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記ケースのうち前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項２１】
請求項７から請求項２０いずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、
前記回転軸を支持する軸受けを有し、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
【請求項２３】
請求項７から請求項２２のうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
【請求項２４】
請求項１から請求項６までのうちのいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、
前記材２の部材は、前記材１の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第１の部材に沿って移動し、
前記コイルバックヨークは、前記第２の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項２５】
コアレス電機機械装置であって、
永久磁石を有するローターと、
前記ローターを回転させる力を生じさせる有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有し、空芯である電磁コイルを有するステーターと、
前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、
前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、
前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ０．１ｍｍ以下の鋼板材を積層して形成されており、
前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２０１２−１０５７２（Ｐ２０１２−１０５７２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７５４５（Ｐ２０１０−１７７５４５）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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