コイルバックヨーク、コアレス電気機械装置、移動体、ロボット、及び、コイルバックヨークの製造方法
【課題】コアレス電気機械装置のコイルバックヨークの製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制する。
【解決手段】コアレス電気機械装置のステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークは、複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有する。円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有する。分割円環部品の円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている。
【解決手段】コアレス電気機械装置のステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークは、複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有する。円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有する。分割円環部品の円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電機機械装置に用いられるコイルバックヨークに関する。
【背景技術】
【０００２】
コアレスの電動モーターや発電機などの回転電機（本明細書では「電機機械装置」とも呼ぶ）では、ローターの内周または外周に沿って円筒状に配置された永久磁石に対向するよう、外周側または内周側に複数の空芯の電磁コイルが円筒状に配置されている。そして、電磁コイルの外周側または内周側、すなわち、電磁コイルに対して永久磁石とは反対側に、円筒状のコイルバックヨークが配置されている。このコイルバックヨークによって、永久磁石からコイルバックヨークよりも外周または内周への漏れ磁束の発生を抑制して、有効に電磁コイルを鎖交する磁束密度を高めて、電気機械装置の変換効率を高めることが可能である。
【０００３】
コイルバックヨークは、珪素鋼板等の軟磁性体である電磁鋼板材（「鋼板材」とも呼ぶ）を金型で打ち抜き形成して円環状のコイルバックヨーク部品（「円環状部品」とも呼ぶ）を作製し、作製した円環状部品を複数積層して一体化形成することにより、作製することができる。あるいは、鋼板材を複数積層した積層鋼板材を金型で打ち抜き形成して円筒状のコイルバックヨークを作製することができる。しかしながら、これらの製造方法の場合、例えば、円環の中空部に対応する鋼板材の部分あるいは円筒の中空部に対応する積層鋼板材の部分は廃材となってしまい、製造コストの点で改善が望まれる。
【０００４】
上記問題に対しては、円環部品を複数に分割した分割円環部品を貼り合わせて形成する、あるいは、コイルバックヨークを複数に分割した分割円筒部品を貼り合わせて形成する、ことにより、無駄な廃材を削減することができるので、製造コストの改善が可能である。しかしながら、分割部品を貼り合わせる場合、いわゆるコギングが顕著となる、という問題がある。これは、分割円環部品同士や分割円筒部品同士を貼り合わせた部分（「継ぎ目部分」とも呼ぶ）において磁極が形成されるため、永久磁石の磁極と継ぎ目部分における磁極での吸引または反発が発生することになり、いわゆるコギングが発生する、と考えられる。また、継ぎ目部分では磁気抵抗が大きくなり、コイルバックヨークの位置によって磁気抵抗が変化するため、永久磁石およびコイルバックヨークで構成される磁気回路における磁気抵抗に依存性が発生し、いわゆるコギングが発生する、とも考えられる。いずれにしても、コイルバックヨークにおける継ぎ目部分の存在によりコギングが発生する、という問題がる。
【０００５】
また、継ぎ目部分では磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石とコイルバックヨークとの間の磁束の永久磁石表面における磁束密度が低下する、という問題がある。さらに、また、継ぎ目部分からの漏れ磁束により、ローターの回転数に応じて渦電流損失が増加する、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３５１８５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、コギングの発生を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
［適用例１］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークであって、複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、前記円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有しており、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、前記円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
コイルバックヨークの継ぎ目部分の存在により、コアレス電気機械装置で発生するコギングトルクの大きさは、回転の軸に一致する方向、すなわち、コイルバックヨークの円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ各円環状部品の継ぎ目によって発生するコギングトルクの積算となる、と考えられる。上記適用例のコイルバックヨークは、積層された各円環状部品の継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように分散させることができる。従って、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、コギングの発生を抑制することが可能である。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載のコイルバックヨークであって、各円環状部品は、それぞれの継ぎ目部分が前記円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
この適用例のコイルバックヨークは、積層された各円環状部品の継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、それぞれが互いにずれて配置されて最も効果的に分散されている。従って、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、継ぎ目部分の存在によるコギングの発生を最も効果的に抑制することが可能である。
【００１１】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のコイルバックヨークであって、前記分割円環部品同士の貼り合わされた継ぎ目部分は、軟磁性体の粉末を含む結合部材によって形成される結合部で構成されている、コイルバックヨーク。
この適用例のコイルバックヨークでは、結合部に含まれている軟磁性体によって継ぎ目部分における磁気的な不連続性が緩和される。これにより、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、継ぎ目部分からの漏れ磁束を低減することができるので、漏れ磁束によって発生する渦電流損失を抑制することが可能である。また、継ぎ目部分の磁気抵抗を低減することができるので、コアレス電気機械装置のローターに配置されている永久磁石とコイルバックヨークとの間の磁束の永久磁石表面における磁束密度の低下を抑制することができる。
［適用例４］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置であって、前記ローターは、前記ローター中の円筒面に沿って配置された永久磁石を備え、前記ステーターは、前記永久磁石に対向するように前記ステーター中の円筒面に沿って配置された空芯の電磁コイルと、前記空芯の電磁コイルを挟んで前記永久磁石に対向するように配置されたコイルバックヨークと、を備え、前記コイルバックヨークは、適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載のコイルバックヨークである、コアレス電機機械装置。
この適用例のコアレス電機機械装置は、適用例１ないし適用例３のいずれか一つの適用例のコイルバックヨークを備えているので、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能である。
【００１２】
［適用例５］
適用例４に記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【００１３】
［適用例６］
適用例４に記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【００１４】
［適用例７］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、（ｂ）前記分割円環部品同士を前記円環の周方向に沿って貼り合わせて一つの円環状部品を形成し、形成した一つの円環状部品の前記円環の軸方向側の上面に、前記分割円環部品を重ねて貼り合わせつつ、前記円環の周方向に沿って前記分割円環部品同士を貼り合わせて次の一つの円環状部品を形成することにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、を備え、前記工程（ｂ）は、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
この適用例のコイルバックヨークの製造方法によれば、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能なコイルバックヨークを提供することができる。
【００１５】
［適用例８］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、（ｂ）複数の分割円環部品を前記円筒の軸方向に沿って貼り合わせた分割円筒部品を複数形成する工程と、（ｃ）形成した複数の分割円筒部品を貼り合わせることにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、を備え、前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）において、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
この適用例のコイルバックヨークの製造方法においても、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能なコイルバックヨークを提供することができる。
【００１６】
なお、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、コイルバックヨークやその製造方法のほか、このコイルバックヨークを備える電動モーターや発電装置などのコアレス電気機械装置、コアレス電機機械装置を用いた移動体やロボットあるいは医療機器等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例としてのコアレスモーター１０を示す説明図である。
【図２】第１実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線で切ったときの概略断面を模式的に示す説明図である。
【図３】電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの配置状態を示す説明図である。
【図４】コアレスモーター１０の概略組み立て手順を示す説明図である。
【図５】コイルバックヨーク１１５を拡大して示す説明図である。
【図６】コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。
【図７】コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。
【図８】コギングトルク特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例１のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図９】永久磁石の表面磁束密度特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例２のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図１０】渦電流損失特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例２のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図１１】コイルバックヨーク１１５の別の製造手順を示す説明図である。
【図１２】変形例のコイルバックヨークの円筒面を展開した平面を模式的に示す説明図である。
【図１３】第２実施例としてのコアレスモーターを示す説明図である。
【図１４】本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１５】本発明の特徴を備えるコアレス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１６】本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の特徴を備えるコアレス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】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例としてのコアレスモーター１０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２３０と平行な面で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図１（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線（図１（Ａ）のＢ−Ｂ）で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。
【００１９】
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の略円筒状のケーシング部分１１０ｂの内周に沿って配置されたコイルバックヨーク１１５と、コイルバックヨーク１１５の内側に配列された複数の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂと、を有している。本実施例では、２相の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂを区別しない場合には、単に電磁コイル１００と呼ぶ。コイルバックヨーク１１５は、軟磁性体材料で形成されており、略円筒形形状を有している。電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、樹脂１３０によりモールドされている。
【００２０】
電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さよりも長くなっている。すなわち、図１（Ａ）において、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの左右方向の端部は、コイルバックヨーク１１５と重ならない。本実施例では、コイルバックヨーク１１５と重なっている領域を有効コイル領域と呼び、コイルバックヨーク１１５と重ならない領域をコイルエンド領域と呼ぶ。また、本実施例では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域は、同一の円筒面に沿った円筒領域に配置されるが、コイルエンド領域については、以下に説明するように、２つのコイルエンド領域のうちの一方が、円筒領域から外周側あるいは内周側に曲げられている。例えば、電磁コイル１００Ａについては、図１（Ａ）に示すように右側のコイルエンド領域は円筒領域に配置されて曲げられていないが、左側のコイルエンド領域は円筒領域から外周側に曲げられている。電磁コイル１００Ｂについては、図１（Ａ）に示すように左側のコイルエンド領域は円筒領域に配置されて曲げられていないが、右側のコイルエンド領域は円筒領域から内周側に曲げられている。なお、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、コイルエンド領域の形状が互いに入れ変わった構造であってもよい。
【００２１】
ステーター１５の回転軸２３０に沿った側の側面（図の左側）には、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、配置されている。磁気センサー３００として、例えばホール素子を有するホールＩＣで構成されたホールセンサーを用いることができる。磁気センサー３００は、電気角の駆動制御で略正弦波のセンサー信号を生成する。このセンサー信号は、電磁コイル１００を駆動するための駆動信号を生成するために用いられる。したがって、磁気センサー３００は、２相の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのそれぞれに１つずつ設けられていることが好ましい。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のケーシング部分１１０ｃに固定されている。本実施例では、磁気センサー３００および回路基板３１０は、図１（Ａ）の左側に配置されている。本実施例では、磁気センサー３００とコイルエンド領域との位置関係を用いて、上述した２つのコイルエンド領域のうち磁気センサー３００に近いコイルエンド領域（図１（Ａ）の左側のコイルエンド領域）を、「磁気センサー側コイルエンド領域」と呼び、磁気センサー３００から遠いコイルエンド領域（図１（Ａ）の右側のコイルエンド領域）を「非磁気センサー側コイルエンド領域」と呼ぶ。
【００２２】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、その外周に複数の永久磁石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。なお、図１（Ｂ）において永久磁石２００に付したＮ，Ｓの文字は、永久磁石２００の外周となる磁石表面での電磁コイル１００Ａ，１００Ｂ側の極性を示している。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。ここで、永久磁石２００の回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さと同じ長さである。すなわち、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５にはさまれた領域と、電磁コイル１００Ａまたは電磁コイル１００Ｂとが重なる領域が有効コイル領域となる。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。なお、回転軸が樹脂（例えば、ＣＦＲＰ材）のような非磁性体の場合には、永久磁石２００と回転軸２３０との間に磁石バックヨークを設けてもよく、永久磁石２００の回転軸２３０に沿った方向の両端部にサイドヨークを設けても良い。磁石バックヨークやサイドヨークを用いることにより、磁束を閉じ易くできる。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０を備えている。この波バネ座金２６０は、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、波バネ座金２６０は別の構成部品で置き換えることも可能である。
【００２３】
図２は、第１実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線で切ったときの概略断面を模式的に示す説明図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＡ−Ａ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの磁気センサー側コイルエンド領域を切ったときの概略断面を示し、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＢ−Ｂ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域を切ったときの概略断面を示し、図２（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＣ−Ｃ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域を切ったときの概略断面を示している。なお、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）と同じ図面である。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域における回転軸２３０と垂直な断面（図１のＢ−Ｂ切断線で切った断面）では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域は、同一の円筒領域に配置されている。これに対し、図２（Ａ）に示す磁気センサー側コイルエンド領域における回転軸２３０と垂直な断面では、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、図２（Ｂ）の電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒領域と同一の円筒領域に配置されているが、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域よりも外周側（コイルバックヨーク１１５側）に配置されている。また、図２（Ｃ）に示す非磁気センサー側コイルエンド領域における回転軸２３０と垂直な断面では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、図２（Ｂ）の電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域と同一の円筒領域に配置されているが、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒領域よりも内周側（永久磁石２００側）に配置されている。
【００２５】
図３は、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの配置状態を示す説明図である。図３（Ａ）はコイルバックヨーク１１５側から見た平面図であり、図３（Ｂ）は模式的に示した斜視図である。なお、図３（Ａ）では、コイルバックヨーク１１５を記載し、図３（Ｂ）では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの形状を見やすくするために、コイルバックヨーク１１５を省略し、電磁コイル１００Ａを１つと電磁コイル１００Ｂを２つのみ図示している。なお、実際の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは円筒の側面に沿って配置されているが、図３（Ｂ）では模式的に平面として表している。
【００２６】
電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の２つの導体の束の間に、２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の導体の束が収まっている。ここで、電磁コイル１００は、導体を複数ターン巻くことにより形成されており、導体の束（「コイル束」とも呼ぶ）は、複数本の導体を束ねたものを意味している。また、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ａの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとは、干渉していない。また、電磁コイル１００Ａの磁気センサー側コイルエンド領域は、円筒領域からコイルバックヨーク１１５側（円筒領域の外周側）に曲げられており、電磁コイル１００Ｂの磁気センサー側コイルエンド領域と干渉していない。また、電磁コイル１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域は、円筒領域からコイルバックヨーク１１５と反対側（円筒領域の内周側）に曲げられており、電磁コイル１００Ａの非磁気センサー側コイルエンド領域と干渉していない。このように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域と電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域とを同じ円筒領域上で干渉しないように配置するとともに、電磁コイル１００Ａの磁気センサー側コイルエンド領域を外周側に曲げ、電磁コイル１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域を内周側に曲げることにより、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとの干渉を抑制できる。
【００２７】
また、本実施例では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのコイル束の太さφ１（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の太さ）と、有効コイル領域におけるコイル束の間隔（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の間隔）Ｌ２との間はＬ２≒２×φ１の関係を有している。すなわち、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂが配置される円筒領域は、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのコイル束によりほぼ占められているので、電磁コイルの占積率を向上させ、コアレスモーター１０（図１）の効率を向上させることができる。
【００２８】
図４は、コアレスモーター１０の概略組み立て手順を示す説明図である。まず、第２のケーシング部分１１０ｂの内周に配置されたステーターモジュール１５ｍが第１のケーシング部分１１０ａに取り付けられるように、第２のケーシング部分１１０ｂおよびステーターモジュール１５ｍを第１のケーシング部分１１０ａに組み付ける。なお、ステーターモジュール１５ｍは、円筒面に沿って配置した電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの外周に図４の第１のケーシング部分１１０ａ側からコイルバックヨーク１１５を挿入し、樹脂１３０でモールドすることにより、構成される。次に、ローター２０の一方の軸受け２４０が第１のケーシング部分１１０ａに取り付けられるように、回路基板３００を含むローター２０を第１のケーシング部分１１０ａに組み付ける。そして、ローター２０に取り付けられた他方の軸受け２４０および回路基板３１０が第３のケーシング部分１１０ｃに取り付けられるように、第３のケーシング部分１１０ｃを第２のケーシング部分１１０ｂに組み付ける。これにより、コアレスモーター１０が組み立てられる。
【００２９】
図５は、コイルバックヨーク１１５を拡大して示す説明図である。図５（Ａ）は、コイルバックヨーク１１５の概略斜視図を示しており、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）において破線の丸で囲まれた部分を拡大して示す概略平面図である。図５（Ａ）に示すように、コイルバックヨーク１１５は、略円筒形形状を有しており、複数の円環状部品１１５ｒｎｇが円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有している。本実施例では、円筒の軸方向の厚さが１００μｍの円環状部品１１５ｒｎｇを２３０個積層しているものとする。ただし、図５（Ａ）は、図を判り易くするために、３０個積層した状態で示している。なお、この円環状部品の積層個数は例示であり、用いる鋼板の厚さやコイルバックヨークの寸法に応じて設定されるものである。
【００３０】
円環状部品１１５ｒｎｇは、円環状部品１１５ｒｎｇを円環の周方向に沿って４つに等分割した形状を有する分割円環部品１１５ｓｃｒを、円環の周方向に沿って貼り合わせた構造を有している。分割円環部品１１５ｓｃｒは、一般珪素鋼板材（Ｓｉ＝３．５％）や、ＪＦＥ製のＪＮＥＸ／ＪＮＨＦ材（Ｓｉ＝６．５％）、アモルファス系材等の軟磁性体材で構成される。本例では、一般珪素鋼板材を金型で打ち抜き形成して構成されるものとする。なお、この円環状部品の分割数は例示であり、コイルバックヨークの寸法や材料として用いる鋼板材の寸法、鋼板材あたりの取り数等に応じて設定されるものである。
【００３１】
分割円環部品１１５ｓｃｒ同士が円環の周方向に沿って貼り合わされた継ぎ目部分１１５ｃｔには、図５（Ｂ）に示すように、貼り合わせに用いられた接着剤等の結合部材を硬化させた結合部１１５ｍａが形成されている。結合部材は、樹脂あるいはゴムなどを含む接着結合部材に珪素（Ｓｉ）やアモルファス磁性体などの軟磁性体の粉末を混合あるいは混練したものであり、結合部１１５ｍａは、結合部材を加熱硬化させることにより形成される。なお、本例では、接着結合部材としての熱硬化樹脂に、軟磁性体としての珪素の粉末を混合した磁性接着剤を結合部材として用いることとする。
【００３２】
各円環状部品１１５ｒｎｇは、それぞれの継ぎ目部分１１５ｃｔ同士が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、図５（Ａ）に示すように、各円環状部品１１５ｒｎｇを円筒の軸周りに積層の順に回転させることにより、円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている。互いに貼り合わされる円環状部品１１５ｒｎｇ同士のずれ量は、円筒の軸を中心とする角度、あるいは、周方向の長さで表すことができる。例えば、円筒の軸を中心とする角度によるずれ量α［ｒａｄ］は、円環状部品１１５ｒｎｇの分割数ｓおよび円環状部品１１５ｒｎｇの貼り合わせ数（積層数）ｎを用いて、α＝（２π／ｓ）／（ｎ＋１）表される。本例のように、ｓ＝４、ｎ＝２３０の場合、ずれ量α＝２π／２３１［ｒａｄ］となる。すなわち、各円環状部品１１５ｒｎｇは、互いに貼り合わされる円環状部品１１５ｒｎｇ同士の継ぎ目部分１１５ｃｔがずれ量α＝２π／２３１［ｒａｄ］だけ円環の周方向に回転してずれた状態で貼り合わされている。
【００３３】
コイルバックヨーク１１５は、以下に示す製造手順により容易に製造することができる。図６および図７は、コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。まず、必要な個数の分割円環部品１１５ｓｃｒを形成するために必要な枚数の鋼板材１１５Ｐを用意する。この鋼板材１１５Ｐは、一般珪素鋼板の少なくとも一方の表面に絶縁接着剤が塗布された鋼板材である。図６（Ａ）に示すように、分割円環部品１１５ｓｃｒを鋼板材１１５Ｐから金型で打ち抜き形成する。１枚の鋼板材１１５Ｐあたり、２個の円環状部品１１５ｒｎｇに相当する８個の分割円環部品１１５ｓｃｒを形成することができる。これに対して、図６（Ｂ）に比較例として示すように、４個の分割円環部品で構成される１個の円環状部品１１５ｒｎｇと等価な円環状部品１１５Ｃｒｎｇを鋼板材１１５Ｐから金型で打ち抜き形成した場合には、同じ１枚の鋼板材１１５から１個の円環状部品１１５Ｃｒｎｇしか形成することができない。従って、本実施例の場合には、円環状部品の製造のための部材の無駄を削減することができる。なお、上記したように、コイルバックヨーク１１５が２３０個の円環状部品１１５ｒｎｇが貼り合わされた積層構造であるとすると、最低１１５枚の鋼板材１１５Ｐを用意する必要がある。
【００３４】
次に、図７に示すように、まず、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、１層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。なお、この際、各分割円環部品１１５ｓｃｒ同士の互いに貼り合わされる面の少なくとも一方に、結合部材としての磁性接着剤１１５Ｂｎｄを塗布した上で貼り合わせる。そして、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、それぞれ、１層目の円環状部品１１５ｒｎｇの円環の軸（コイルバックヨーク１１５の円筒の軸）方向側の一方の面に貼り合わせつつ、円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、２層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。さらに、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、それぞれ、２層目の円環状部品１１５ｒｎｇの円環の軸方向側の一方の面に貼り合わせつつ、円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、３層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。以降、同様にして、２３０個の円環状部品１１５ｒｎｇを円筒の軸方向に沿って貼り合わせる。ただし、隣り合う下層側の円環状部品１１５ｒｎｇの分割円環部品１１５ｓｃｒの端部（図５の継ぎ目部分１１５ｃｔに相当）に対して、上層側の円環状部品の分割円環部品１１５ｓｃｒの端部が、上記したずれ量αだけ円環の周方向に回転してずれるように配置して貼り合わせる。
【００３５】
最後に、形成した円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を加熱して、円環状部品１１５ｒｎｇ間の絶縁接着剤および分割円環部品１５ｓｃｒ間の磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させる。以上の手順により、図５に示したコイルバックヨーク１１５が形成される。
【００３６】
図８は、コギングトルク特性を実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例１のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。基準のコイルバックヨーク（図８では、「リング（基準）」と記す）は、分割していない円環状部品を貼り合わせて構成されたコイルバックヨークである。比較例１のコイルバックヨーク（図８では、「分割リング（比較例１）」と記す）は、分割円環部品を貼り合わせて形成された円環状部品が、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶように貼り合わされて構成されたコイルバックヨークである。コギングトルクの測定は、それぞれのコイルバックヨークを用いた被測定モーターを回転トルクメーター、本例では、中村製作所製のＮ２４００−ＳＧＫ（Ｉ）に接続して行った。
【００３７】
図８に示すように、基準の場合には、継ぎ目部分が無いのでコギングトルクは測定されない。一方、比較例１の場合には、１５．５［ｍＮｍ］と非常に大きなコギングトルクが測定された。これに対して、実施例の場合には、１．２［ｍＮｍ］と非常に小さなコギングトルクが測定された。実施例の場合には、比較例１と同様に、分割円環部品を貼り合わせて形成された円環状部品を用いて形成されているが、コギングの発生を抑制していると言える。なお、実施例と同様に分割円環部品を貼り合わせた円環状部品をそれぞれの継ぎ目部分が順にずれて配置されるようにしているが、分割円環部品同士の貼り合わせを磁性接着剤ではなく、通常の絶縁接着剤で行ったコイルバックヨークの場合（図示は省略）にも、コギングトルクの測定値は実施例の場合とほぼ同様である。
【００３８】
実施例のように、分割円環部品１１５ｓｃｒを貼り合わせた円環状部品１１５ｒｎｇをそれぞれの継ぎ目部分１１５ｃｔがずれて配置されるようにした場合において、コギングの発生抑制することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、コイルバックヨークの継ぎ目部分の存在により、コアレスモーターで発生するコギングトルクの大きさは、回転の軸に一致する方向、すなわち、コイルバックヨークの円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ各円環状部品の継ぎ目部分によって発生するコギングトルクの積算となる、と考えられる。比較例１の場合は、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並んでいるため、非常に大きなコギングトルクが発生している、と考えられる。これに対して、実施例のコイルバックヨーク１１５は、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように順番にずれて配置されて分散されているので、コギングの発生を抑制することができた、と考えられる。
【００３９】
図９は、永久磁石の表面磁束密度特性を、実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例２のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。比較例２のコイルバックヨーク（図９では、「分割リング（比較例２）」と記す）は、実施例と同様に分割円環部品を貼り合わせた円環状部品をそれぞれの継ぎ目部分がずれて配置されるようにしているが、分割円環部品同士の貼り合わせを磁性接着剤ではなく、通常の絶縁接着剤で行ったコイルバックヨークである。なお、図９は、１極の永久磁石の回転方向に沿った位置を電気角０〜π［ｒａｄ］で表し、標準的な磁束密度計を用いて、電気角に対する表面磁束密度を測定した表面磁束密度特性を示している。また、実施例および比較例２の表面磁束密度特性は、基準の表面磁束密度特性を基準として正規化して表されている。
【００４０】
図９に示すように、比較例２の場合には、基準の場合に比べて最大５％程度表面磁束密度が低下している。なお、図示は省略しているが、比較例１の場合の表面磁束密度も比較例２の場合と同様である。これに対して、実施例の場合の表面磁束密度は、基準の場合とほぼ同様であり、表面磁束密度の低下が改善されている。このように、表面磁束密度の低下を改善することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例の場合には、円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔには、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａ（図５参照）が形成されている。この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができ、表面磁束密度の低下を改善することができた、と考えられる。
【００４１】
図１０は、渦電流損失特性を、実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例２のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。この渦電流損失は、標準モーターに被測定モーターを接続した状態で、標準モーターを測定回転数で回転させるために要する電力を測定することにより測定することができる。
【００４２】
図１０に示すように、比較例２の場合の渦電流損失は、回転数の増加に応じて基準の場合よりも増加し、最大１０％程度増加している。なお、図示は省略しているが、比較例１の場合の渦電流損失も比較例２の場合と同様である。これに対して、実施例の場合の渦電流損失は、基準の場合とほぼ同様であり、渦電流損失の増加が改善されている。このように、渦電流損失を抑制することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例の場合には、円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔには、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａ（図５参照）が形成されている。この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができ、継ぎ目部分１１５ｃｔからの漏れ磁束を低減することができ、漏れ磁束によって発生する渦電流損失を低減することができた、と考えられる。
【００４３】
以上のように、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５を構成する円環状部品１１５ｒｎｇは、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品１１５ｓｃｒが、円環状に貼り合わされた構造を有しているので、従来例で説明したように、部材の無駄を削減して製造コストの改善が可能である。また、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５は、分割円環部品１１５ｓｃｒを貼り合わせて円環状に構成された円環状部品１１５ｒｎｇが円筒の軸方向に沿って貼り合わされた構造を有しているが、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが、円筒の軸方向に沿って順にずれて配置された構造を有しているので、コアレスモーター１０において、継ぎ目部分１１５ｃｔにより発生するコギングトルクの積算量を小さくして、コギングの発生を抑制することが可能である。また、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５は、継ぎ目部分１１５ｃｔが磁気接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａで形成されており、この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができる。これにより、永久磁石の表面磁束密度の低下を改善できるとともに、継ぎ目部分１１５ｃｔからの漏れ磁束の発生を低減して渦電流損失の発生を低減することができる。以上のことから、本実施例のコアレスモーター１０では、高精度な位置決め、瞬時トルク性能に優れた機敏性、優れた駆動効率や回生効率を確保することが可能である。
【００４４】
なお、本実施例のコイルバックヨーク１１５は、以下で説明する手順で製造することも可能である。図１１は、コイルバックヨーク１１５の別の製造手順を示す説明図である。なお、コイルバックヨーク１１５を形成するために必要な個数の分割円環部品１１５ｓｃｒについては、図６に示した手順と同様にして形成することができる。そして、図１１に示すように、２３０個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、円環の軸（コイルバックヨーク１１５の円筒の軸）方向側の一方の面に、上記したずれ量αだけ円環の周方向に回転して順にずれるように配置して貼り合わせることにより、４組の分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇを形成する。そして、形成した４組の分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇ同士を互いに貼り合わせて、円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を形成する。この際、分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇ同士が互いに貼り合わされる面のうち、分割円環部品１１５ｓｃｒ同士が貼り合わされる面の少なくとも一方に、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを塗布した上で貼り合わせる。最後に、形成した円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を加熱して、円環状部品１１５ｒｎｇ間の絶縁接着剤および分割円環部品１５ｓｃｒ間の磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させる。以上の手順により、図５に示したコイルバックヨーク１１５が形成される。以上の製造手順によっても容易にコイルバックヨーク１１５を作製することができる。
【００４５】
また、本実施例のコイルバックヨーク１１５は、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが円筒の軸方向（図中一点鎖線で示す）に平行な一直線上に並ばないように、円環の周方向に沿って順にずれている構造を例に示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、以下で説明する構造のコイルバックヨークとしてもよい。図１２は、変形例のコイルバックヨークの円筒面を展開した平面を模式的に示す説明図である。なお、図は、説明を容易にするため、１０個の円環状部品１１５ｒｎｇで構成されているものとして示している。
【００４６】
図１２（Ａ）のコイルバックヨーク１１５Ａは、実施例と同様に各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが互いにずれているが、順にずれるのではない構造を示している。この場合には、実施例のコイルバックヨーク１１５と同様のコギング低減効果を得ることができる。ただし、順にずれて配置しないため若干製造が複雑になる。図１２（Ｂ）のコイルバックヨーク１１５Ｂは、実施例のコイルバックヨーク１１５と同様に、継ぎ目部分１１５ｃｔが順にずれて配置された構造を有しているが、円筒の軸方向に沿って複数の継ぎ目が並ぶ構造を示している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。図１２（Ｃ）のコイルバックヨーク１１５Ｃは、複数の円環状部品１１５ｒｎｇごとに、継ぎ目部分１１５ｃｔが順にずれて配置された構造を有している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。また、複数の円環状部品１１５ｒｎｇ単位で扱うことができるので、実施例の場合よりも製造が容易となる。図１２（Ｄ）のコイルバックヨーク１１５Ｄは、複数の円環状部品１１５ｒｎｇごとに、継ぎ目部分がずれて配置されているが、順にずれるのではない構造を示している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。また、複数の円環状部品１１５ｒｎｇ単位で扱うことができるので、実施例の場合よりも製造が容易となる、一方、順にずれて配置しない分製造が複雑になる。
【００４７】
以上説明したように、コイルバックヨークは、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ数を分散させて、コギング低減効果を得ることが可能な構造であればよい。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
図１３は、第２実施例としてのコアレスモーターを示す説明図である。図１３（Ａ）は、コアレスモーター１０Ｂを回転軸２３０と平行な切断線で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図１３（Ｂ）は、コアレスモーター１０Ｂを回転軸２３０と垂直な切断線（図８（Ａ）のＢ−Ｂ）で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。第２実施例のコアレスモーター１０Ｂは、第１実施例のコアレスモーター１０と、以下で説明する相違点を除いて基本的に同じ構造を有している。すなわち、第１実施例と比較すると、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの数は半分となっている。そして、この相異に伴って、第２実施例の電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの１つの極の大きさは、第１実施例の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの１つの極の大きさよりも大きくなっている。
【００４９】
また、第１実施例では、図１（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ａの有効コイル領域のコイル束が収まっている。これに対して、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００ＡＢの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、１つの電磁コイル１００ＢＢの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００ＢＢの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、１つの電磁コイル１００ＡＢの有効コイル領域のコイル束が収まっている。この結果、第１実施例では、同相の電磁コイル同士が接触するところがあるが、第２実施例では、同相の電磁コイル同士が接触するところが無い。そして、この相異に対応して、第１実施例では、図３に示すように、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域におけるコイル束の太さφ１は、有効コイル領域におけるコイル束の間隔Ｌ２のほぼ半分の大きさであった。これに対して、第２実施例では、電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの有効コイル領域におけるコイル束の太さφ１は、有効コイル領域におけるコイル束の間隔Ｌ２とほぼ同じ大きさとなっている。
【００５０】
以上のように、第１実施例の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂと第２実施例の電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢとは、電磁コイルの巻き方および組み合わせ方が異なっている。そして、この相異により、具体的には、第１実施例では、図１（Ｂ）に示すように、同相の電磁コイル同士が接触しているところがあったのに対して、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、同相の電磁コイル同士が接触するところを無くすことにより、無駄な空間を減らして、第１実施例よりもさらに電磁コイルの占積率を向上させている。
【００５１】
第２実施例のコアレスモーター１０Ｂも、第１実施例のコアレスモーター１０と同様に、コイルバックヨーク１１５を適用しているので、コギングの発生を抑制することが可能である。また、永久磁石の表面磁束密度の低下を改善できるとともに、漏れ磁束の発生を低減して渦電流損失の発生を低減することができる。
【００５２】
上記実施例で説明した本発明の特徴を備える電動モーターであるコアレスモーターは、以下に示すように、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置として適用することが可能である。
【００５３】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した移動体の一例である電動自転車（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、上述した各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５４】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、本発明の特徴を備えるコアレス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、上述したように、コギングレスによる高精度な位置決めの可能な各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５５】
Ｅ．第５実施例：
図１６は、本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。双腕７軸ロボット３４５０において、関節モーター３４６０あるいは把持部モーター３４７０としては、上述したように、瞬時トルク性能に優れた機敏性のある各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５６】
Ｆ．第６実施例：
図１７は、本発明の特徴を備えるコアレス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、電動モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この電動モーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、電動モーター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。この電動モーター３５１０としては、上述したように、駆動効率や回生効率に優れた各種のコアレスモーターを利用することができる。
【００５７】
Ｇ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００５８】
（１）変形例１
上記実施例では、一方の電磁コイル１００Ａ，１００ＡＢの磁気センサー側コイルエンド領域が外周側に曲げられ、他方の電磁コイル１００Ｂ，１００ＢＢの非磁気センサー側コイルエンド領域が内周側に曲げられている構成のコアレスモーター１０，１０Ｂを示しているが、一方の電磁コイルの両側のコイルエンド領域が外周側あるいは内周側に曲げられ、他方の電磁コイルの両側のコイルエンド領域が曲げられていない構成のコアレスモーターであってもよい。また、円筒面に沿って一方の電磁コイルが配置され、その外周に他方の電磁コイルが配置された２層配置構造のコアレスモーターであってもよい。
【００５９】
（２）変形例２
上記実施例および変形例は、インナーローター型のコアレスモーターを例に説明しているが、アウターローター側のコアレスモーターであってもよい。アウターローター型のコアレスモーターの場合には、電磁コイルの外周にローターの永久磁石が配置されるので、コイルバックヨークは、電磁コイルの内周側に沿って配置される。
【００６０】
（３）変形例３
上記実施例および変形例では、電磁コイルが２相の場合のコアレスモーターを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電磁コイルが３相以上の複数相のコアレスモーターであってもよい。
【００６１】
（４）変形例４
上記実施例および変形例では、本願発明の特徴部分を備えるコアレスモーターを例に説明したが、電動機モーターであるコアレスモーターに限定されるものではなく、発電機に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…コアレスモーター
１０Ｂ…コアレスモーター
１５…ステーター
１５ｍ…ステーターモジュール
２０…ローター
１００…電磁コイル
１００Ａ，１００Ｂ…電磁コイル
１００ＡＢ，１００ＢＢ…電磁コイル
１１０…ケーシング
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…ケーシング部分
１１５…コイルバックヨーク
１１５ｒｎｇ…円環状部品
１１５Ｃｒｎｇ…円環状部品
１１５ｓｃｒ…分割円環部品
１１５ｃｔ…継ぎ目部分
１１５ｍａ…結合部
１１５Ｓｒｎｇ…分割円筒部品
１１５Ｂｎｄ…磁性接着剤
１１５Ｐ…鋼板材
１３０…樹脂
２００…永久磁石
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
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
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…電動モーター
３５２０…車輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電機機械装置に用いられるコイルバックヨークに関する。
【背景技術】
【０００２】
コアレスの電動モーターや発電機などの回転電機（本明細書では「電機機械装置」とも呼ぶ）では、ローターの内周または外周に沿って円筒状に配置された永久磁石に対向するよう、外周側または内周側に複数の空芯の電磁コイルが円筒状に配置されている。そして、電磁コイルの外周側または内周側、すなわち、電磁コイルに対して永久磁石とは反対側に、円筒状のコイルバックヨークが配置されている。このコイルバックヨークによって、永久磁石からコイルバックヨークよりも外周または内周への漏れ磁束の発生を抑制して、有効に電磁コイルを鎖交する磁束密度を高めて、電気機械装置の変換効率を高めることが可能である。
【０００３】
コイルバックヨークは、珪素鋼板等の軟磁性体である電磁鋼板材（「鋼板材」とも呼ぶ）を金型で打ち抜き形成して円環状のコイルバックヨーク部品（「円環状部品」とも呼ぶ）を作製し、作製した円環状部品を複数積層して一体化形成することにより、作製することができる。あるいは、鋼板材を複数積層した積層鋼板材を金型で打ち抜き形成して円筒状のコイルバックヨークを作製することができる。しかしながら、これらの製造方法の場合、例えば、円環の中空部に対応する鋼板材の部分あるいは円筒の中空部に対応する積層鋼板材の部分は廃材となってしまい、製造コストの点で改善が望まれる。
【０００４】
上記問題に対しては、円環部品を複数に分割した分割円環部品を貼り合わせて形成する、あるいは、コイルバックヨークを複数に分割した分割円筒部品を貼り合わせて形成する、ことにより、無駄な廃材を削減することができるので、製造コストの改善が可能である。しかしながら、分割部品を貼り合わせる場合、いわゆるコギングが顕著となる、という問題がある。これは、分割円環部品同士や分割円筒部品同士を貼り合わせた部分（「継ぎ目部分」とも呼ぶ）において磁極が形成されるため、永久磁石の磁極と継ぎ目部分における磁極での吸引または反発が発生することになり、いわゆるコギングが発生する、と考えられる。また、継ぎ目部分では磁気抵抗が大きくなり、コイルバックヨークの位置によって磁気抵抗が変化するため、永久磁石およびコイルバックヨークで構成される磁気回路における磁気抵抗に依存性が発生し、いわゆるコギングが発生する、とも考えられる。いずれにしても、コイルバックヨークにおける継ぎ目部分の存在によりコギングが発生する、という問題がる。
【０００５】
また、継ぎ目部分では磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石とコイルバックヨークとの間の磁束の永久磁石表面における磁束密度が低下する、という問題がある。さらに、また、継ぎ目部分からの漏れ磁束により、ローターの回転数に応じて渦電流損失が増加する、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３５１８５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、コギングの発生を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
［適用例１］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークであって、複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、前記円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有しており、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、前記円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
コイルバックヨークの継ぎ目部分の存在により、コアレス電気機械装置で発生するコギングトルクの大きさは、回転の軸に一致する方向、すなわち、コイルバックヨークの円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ各円環状部品の継ぎ目によって発生するコギングトルクの積算となる、と考えられる。上記適用例のコイルバックヨークは、積層された各円環状部品の継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように分散させることができる。従って、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、コギングの発生を抑制することが可能である。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載のコイルバックヨークであって、各円環状部品は、それぞれの継ぎ目部分が前記円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
この適用例のコイルバックヨークは、積層された各円環状部品の継ぎ目部分が、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、それぞれが互いにずれて配置されて最も効果的に分散されている。従って、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、継ぎ目部分の存在によるコギングの発生を最も効果的に抑制することが可能である。
【００１１】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のコイルバックヨークであって、前記分割円環部品同士の貼り合わされた継ぎ目部分は、軟磁性体の粉末を含む結合部材によって形成される結合部で構成されている、コイルバックヨーク。
この適用例のコイルバックヨークでは、結合部に含まれている軟磁性体によって継ぎ目部分における磁気的な不連続性が緩和される。これにより、このコイルバックヨークをコアレス電機機械装置に適用した場合において、継ぎ目部分からの漏れ磁束を低減することができるので、漏れ磁束によって発生する渦電流損失を抑制することが可能である。また、継ぎ目部分の磁気抵抗を低減することができるので、コアレス電気機械装置のローターに配置されている永久磁石とコイルバックヨークとの間の磁束の永久磁石表面における磁束密度の低下を抑制することができる。
［適用例４］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置であって、前記ローターは、前記ローター中の円筒面に沿って配置された永久磁石を備え、前記ステーターは、前記永久磁石に対向するように前記ステーター中の円筒面に沿って配置された空芯の電磁コイルと、前記空芯の電磁コイルを挟んで前記永久磁石に対向するように配置されたコイルバックヨークと、を備え、前記コイルバックヨークは、適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載のコイルバックヨークである、コアレス電機機械装置。
この適用例のコアレス電機機械装置は、適用例１ないし適用例３のいずれか一つの適用例のコイルバックヨークを備えているので、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能である。
【００１２】
［適用例５］
適用例４に記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【００１３】
［適用例６］
適用例４に記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【００１４】
［適用例７］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、（ｂ）前記分割円環部品同士を前記円環の周方向に沿って貼り合わせて一つの円環状部品を形成し、形成した一つの円環状部品の前記円環の軸方向側の上面に、前記分割円環部品を重ねて貼り合わせつつ、前記円環の周方向に沿って前記分割円環部品同士を貼り合わせて次の一つの円環状部品を形成することにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、を備え、前記工程（ｂ）は、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
この適用例のコイルバックヨークの製造方法によれば、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能なコイルバックヨークを提供することができる。
【００１５】
［適用例８］
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、（ｂ）複数の分割円環部品を前記円筒の軸方向に沿って貼り合わせた分割円筒部品を複数形成する工程と、（ｃ）形成した複数の分割円筒部品を貼り合わせることにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、を備え、前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）において、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
この適用例のコイルバックヨークの製造方法においても、製造コストの改善を図りつつ、コギングの発生を抑制することが可能なコイルバックヨークを提供することができる。
【００１６】
なお、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、コイルバックヨークやその製造方法のほか、このコイルバックヨークを備える電動モーターや発電装置などのコアレス電気機械装置、コアレス電機機械装置を用いた移動体やロボットあるいは医療機器等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例としてのコアレスモーター１０を示す説明図である。
【図２】第１実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線で切ったときの概略断面を模式的に示す説明図である。
【図３】電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの配置状態を示す説明図である。
【図４】コアレスモーター１０の概略組み立て手順を示す説明図である。
【図５】コイルバックヨーク１１５を拡大して示す説明図である。
【図６】コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。
【図７】コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。
【図８】コギングトルク特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例１のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図９】永久磁石の表面磁束密度特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例２のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図１０】渦電流損失特性を実施例のコイルバックヨークの場合と基準のコイルバックヨークの場合と比較例２のコイルバックヨークの場合とで比較して示す説明図である。
【図１１】コイルバックヨーク１１５の別の製造手順を示す説明図である。
【図１２】変形例のコイルバックヨークの円筒面を展開した平面を模式的に示す説明図である。
【図１３】第２実施例としてのコアレスモーターを示す説明図である。
【図１４】本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１５】本発明の特徴を備えるコアレス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１６】本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図１７】本発明の特徴を備えるコアレス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】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例としてのコアレスモーター１０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２３０と平行な面で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図１（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線（図１（Ａ）のＢ−Ｂ）で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。
【００１９】
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の略円筒状のケーシング部分１１０ｂの内周に沿って配置されたコイルバックヨーク１１５と、コイルバックヨーク１１５の内側に配列された複数の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂと、を有している。本実施例では、２相の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂを区別しない場合には、単に電磁コイル１００と呼ぶ。コイルバックヨーク１１５は、軟磁性体材料で形成されており、略円筒形形状を有している。電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、樹脂１３０によりモールドされている。
【００２０】
電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さよりも長くなっている。すなわち、図１（Ａ）において、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの左右方向の端部は、コイルバックヨーク１１５と重ならない。本実施例では、コイルバックヨーク１１５と重なっている領域を有効コイル領域と呼び、コイルバックヨーク１１５と重ならない領域をコイルエンド領域と呼ぶ。また、本実施例では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域は、同一の円筒面に沿った円筒領域に配置されるが、コイルエンド領域については、以下に説明するように、２つのコイルエンド領域のうちの一方が、円筒領域から外周側あるいは内周側に曲げられている。例えば、電磁コイル１００Ａについては、図１（Ａ）に示すように右側のコイルエンド領域は円筒領域に配置されて曲げられていないが、左側のコイルエンド領域は円筒領域から外周側に曲げられている。電磁コイル１００Ｂについては、図１（Ａ）に示すように左側のコイルエンド領域は円筒領域に配置されて曲げられていないが、右側のコイルエンド領域は円筒領域から内周側に曲げられている。なお、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、コイルエンド領域の形状が互いに入れ変わった構造であってもよい。
【００２１】
ステーター１５の回転軸２３０に沿った側の側面（図の左側）には、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、配置されている。磁気センサー３００として、例えばホール素子を有するホールＩＣで構成されたホールセンサーを用いることができる。磁気センサー３００は、電気角の駆動制御で略正弦波のセンサー信号を生成する。このセンサー信号は、電磁コイル１００を駆動するための駆動信号を生成するために用いられる。したがって、磁気センサー３００は、２相の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのそれぞれに１つずつ設けられていることが好ましい。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のケーシング部分１１０ｃに固定されている。本実施例では、磁気センサー３００および回路基板３１０は、図１（Ａ）の左側に配置されている。本実施例では、磁気センサー３００とコイルエンド領域との位置関係を用いて、上述した２つのコイルエンド領域のうち磁気センサー３００に近いコイルエンド領域（図１（Ａ）の左側のコイルエンド領域）を、「磁気センサー側コイルエンド領域」と呼び、磁気センサー３００から遠いコイルエンド領域（図１（Ａ）の右側のコイルエンド領域）を「非磁気センサー側コイルエンド領域」と呼ぶ。
【００２２】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、その外周に複数の永久磁石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。なお、図１（Ｂ）において永久磁石２００に付したＮ，Ｓの文字は、永久磁石２００の外周となる磁石表面での電磁コイル１００Ａ，１００Ｂ側の極性を示している。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。ここで、永久磁石２００の回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さと同じ長さである。すなわち、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５にはさまれた領域と、電磁コイル１００Ａまたは電磁コイル１００Ｂとが重なる領域が有効コイル領域となる。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。なお、回転軸が樹脂（例えば、ＣＦＲＰ材）のような非磁性体の場合には、永久磁石２００と回転軸２３０との間に磁石バックヨークを設けてもよく、永久磁石２００の回転軸２３０に沿った方向の両端部にサイドヨークを設けても良い。磁石バックヨークやサイドヨークを用いることにより、磁束を閉じ易くできる。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０を備えている。この波バネ座金２６０は、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、波バネ座金２６０は別の構成部品で置き換えることも可能である。
【００２３】
図２は、第１実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線で切ったときの概略断面を模式的に示す説明図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＡ−Ａ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの磁気センサー側コイルエンド領域を切ったときの概略断面を示し、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＢ−Ｂ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域を切ったときの概略断面を示し、図２（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す回転軸２３０と垂直なＣ−Ｃ切断線で電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域を切ったときの概略断面を示している。なお、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）と同じ図面である。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域における回転軸２３０と垂直な断面（図１のＢ−Ｂ切断線で切った断面）では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域は、同一の円筒領域に配置されている。これに対し、図２（Ａ）に示す磁気センサー側コイルエンド領域における回転軸２３０と垂直な断面では、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、図２（Ｂ）の電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒領域と同一の円筒領域に配置されているが、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域よりも外周側（コイルバックヨーク１１５側）に配置されている。また、図２（Ｃ）に示す非磁気センサー側コイルエンド領域における回転軸２３０と垂直な断面では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、図２（Ｂ）の電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域と同一の円筒領域に配置されているが、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒領域よりも内周側（永久磁石２００側）に配置されている。
【００２５】
図３は、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの配置状態を示す説明図である。図３（Ａ）はコイルバックヨーク１１５側から見た平面図であり、図３（Ｂ）は模式的に示した斜視図である。なお、図３（Ａ）では、コイルバックヨーク１１５を記載し、図３（Ｂ）では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの形状を見やすくするために、コイルバックヨーク１１５を省略し、電磁コイル１００Ａを１つと電磁コイル１００Ｂを２つのみ図示している。なお、実際の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは円筒の側面に沿って配置されているが、図３（Ｂ）では模式的に平面として表している。
【００２６】
電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の２つの導体の束の間に、２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の導体の束が収まっている。ここで、電磁コイル１００は、導体を複数ターン巻くことにより形成されており、導体の束（「コイル束」とも呼ぶ）は、複数本の導体を束ねたものを意味している。また、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ａの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとは、干渉していない。また、電磁コイル１００Ａの磁気センサー側コイルエンド領域は、円筒領域からコイルバックヨーク１１５側（円筒領域の外周側）に曲げられており、電磁コイル１００Ｂの磁気センサー側コイルエンド領域と干渉していない。また、電磁コイル１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域は、円筒領域からコイルバックヨーク１１５と反対側（円筒領域の内周側）に曲げられており、電磁コイル１００Ａの非磁気センサー側コイルエンド領域と干渉していない。このように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域と電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域とを同じ円筒領域上で干渉しないように配置するとともに、電磁コイル１００Ａの磁気センサー側コイルエンド領域を外周側に曲げ、電磁コイル１００Ｂの非磁気センサー側コイルエンド領域を内周側に曲げることにより、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとの干渉を抑制できる。
【００２７】
また、本実施例では、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのコイル束の太さφ１（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の太さ）と、有効コイル領域におけるコイル束の間隔（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の間隔）Ｌ２との間はＬ２≒２×φ１の関係を有している。すなわち、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂが配置される円筒領域は、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂのコイル束によりほぼ占められているので、電磁コイルの占積率を向上させ、コアレスモーター１０（図１）の効率を向上させることができる。
【００２８】
図４は、コアレスモーター１０の概略組み立て手順を示す説明図である。まず、第２のケーシング部分１１０ｂの内周に配置されたステーターモジュール１５ｍが第１のケーシング部分１１０ａに取り付けられるように、第２のケーシング部分１１０ｂおよびステーターモジュール１５ｍを第１のケーシング部分１１０ａに組み付ける。なお、ステーターモジュール１５ｍは、円筒面に沿って配置した電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの外周に図４の第１のケーシング部分１１０ａ側からコイルバックヨーク１１５を挿入し、樹脂１３０でモールドすることにより、構成される。次に、ローター２０の一方の軸受け２４０が第１のケーシング部分１１０ａに取り付けられるように、回路基板３００を含むローター２０を第１のケーシング部分１１０ａに組み付ける。そして、ローター２０に取り付けられた他方の軸受け２４０および回路基板３１０が第３のケーシング部分１１０ｃに取り付けられるように、第３のケーシング部分１１０ｃを第２のケーシング部分１１０ｂに組み付ける。これにより、コアレスモーター１０が組み立てられる。
【００２９】
図５は、コイルバックヨーク１１５を拡大して示す説明図である。図５（Ａ）は、コイルバックヨーク１１５の概略斜視図を示しており、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）において破線の丸で囲まれた部分を拡大して示す概略平面図である。図５（Ａ）に示すように、コイルバックヨーク１１５は、略円筒形形状を有しており、複数の円環状部品１１５ｒｎｇが円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有している。本実施例では、円筒の軸方向の厚さが１００μｍの円環状部品１１５ｒｎｇを２３０個積層しているものとする。ただし、図５（Ａ）は、図を判り易くするために、３０個積層した状態で示している。なお、この円環状部品の積層個数は例示であり、用いる鋼板の厚さやコイルバックヨークの寸法に応じて設定されるものである。
【００３０】
円環状部品１１５ｒｎｇは、円環状部品１１５ｒｎｇを円環の周方向に沿って４つに等分割した形状を有する分割円環部品１１５ｓｃｒを、円環の周方向に沿って貼り合わせた構造を有している。分割円環部品１１５ｓｃｒは、一般珪素鋼板材（Ｓｉ＝３．５％）や、ＪＦＥ製のＪＮＥＸ／ＪＮＨＦ材（Ｓｉ＝６．５％）、アモルファス系材等の軟磁性体材で構成される。本例では、一般珪素鋼板材を金型で打ち抜き形成して構成されるものとする。なお、この円環状部品の分割数は例示であり、コイルバックヨークの寸法や材料として用いる鋼板材の寸法、鋼板材あたりの取り数等に応じて設定されるものである。
【００３１】
分割円環部品１１５ｓｃｒ同士が円環の周方向に沿って貼り合わされた継ぎ目部分１１５ｃｔには、図５（Ｂ）に示すように、貼り合わせに用いられた接着剤等の結合部材を硬化させた結合部１１５ｍａが形成されている。結合部材は、樹脂あるいはゴムなどを含む接着結合部材に珪素（Ｓｉ）やアモルファス磁性体などの軟磁性体の粉末を混合あるいは混練したものであり、結合部１１５ｍａは、結合部材を加熱硬化させることにより形成される。なお、本例では、接着結合部材としての熱硬化樹脂に、軟磁性体としての珪素の粉末を混合した磁性接着剤を結合部材として用いることとする。
【００３２】
各円環状部品１１５ｒｎｇは、それぞれの継ぎ目部分１１５ｃｔ同士が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、図５（Ａ）に示すように、各円環状部品１１５ｒｎｇを円筒の軸周りに積層の順に回転させることにより、円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている。互いに貼り合わされる円環状部品１１５ｒｎｇ同士のずれ量は、円筒の軸を中心とする角度、あるいは、周方向の長さで表すことができる。例えば、円筒の軸を中心とする角度によるずれ量α［ｒａｄ］は、円環状部品１１５ｒｎｇの分割数ｓおよび円環状部品１１５ｒｎｇの貼り合わせ数（積層数）ｎを用いて、α＝（２π／ｓ）／（ｎ＋１）表される。本例のように、ｓ＝４、ｎ＝２３０の場合、ずれ量α＝２π／２３１［ｒａｄ］となる。すなわち、各円環状部品１１５ｒｎｇは、互いに貼り合わされる円環状部品１１５ｒｎｇ同士の継ぎ目部分１１５ｃｔがずれ量α＝２π／２３１［ｒａｄ］だけ円環の周方向に回転してずれた状態で貼り合わされている。
【００３３】
コイルバックヨーク１１５は、以下に示す製造手順により容易に製造することができる。図６および図７は、コイルバックヨーク１１５の製造手順を示す説明図である。まず、必要な個数の分割円環部品１１５ｓｃｒを形成するために必要な枚数の鋼板材１１５Ｐを用意する。この鋼板材１１５Ｐは、一般珪素鋼板の少なくとも一方の表面に絶縁接着剤が塗布された鋼板材である。図６（Ａ）に示すように、分割円環部品１１５ｓｃｒを鋼板材１１５Ｐから金型で打ち抜き形成する。１枚の鋼板材１１５Ｐあたり、２個の円環状部品１１５ｒｎｇに相当する８個の分割円環部品１１５ｓｃｒを形成することができる。これに対して、図６（Ｂ）に比較例として示すように、４個の分割円環部品で構成される１個の円環状部品１１５ｒｎｇと等価な円環状部品１１５Ｃｒｎｇを鋼板材１１５Ｐから金型で打ち抜き形成した場合には、同じ１枚の鋼板材１１５から１個の円環状部品１１５Ｃｒｎｇしか形成することができない。従って、本実施例の場合には、円環状部品の製造のための部材の無駄を削減することができる。なお、上記したように、コイルバックヨーク１１５が２３０個の円環状部品１１５ｒｎｇが貼り合わされた積層構造であるとすると、最低１１５枚の鋼板材１１５Ｐを用意する必要がある。
【００３４】
次に、図７に示すように、まず、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、１層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。なお、この際、各分割円環部品１１５ｓｃｒ同士の互いに貼り合わされる面の少なくとも一方に、結合部材としての磁性接着剤１１５Ｂｎｄを塗布した上で貼り合わせる。そして、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、それぞれ、１層目の円環状部品１１５ｒｎｇの円環の軸（コイルバックヨーク１１５の円筒の軸）方向側の一方の面に貼り合わせつつ、円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、２層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。さらに、４個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、それぞれ、２層目の円環状部品１１５ｒｎｇの円環の軸方向側の一方の面に貼り合わせつつ、円環の周方向に沿って互いに貼り合わせて、３層目の円環状部品１１５ｒｎｇを形成する。以降、同様にして、２３０個の円環状部品１１５ｒｎｇを円筒の軸方向に沿って貼り合わせる。ただし、隣り合う下層側の円環状部品１１５ｒｎｇの分割円環部品１１５ｓｃｒの端部（図５の継ぎ目部分１１５ｃｔに相当）に対して、上層側の円環状部品の分割円環部品１１５ｓｃｒの端部が、上記したずれ量αだけ円環の周方向に回転してずれるように配置して貼り合わせる。
【００３５】
最後に、形成した円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を加熱して、円環状部品１１５ｒｎｇ間の絶縁接着剤および分割円環部品１５ｓｃｒ間の磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させる。以上の手順により、図５に示したコイルバックヨーク１１５が形成される。
【００３６】
図８は、コギングトルク特性を実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例１のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。基準のコイルバックヨーク（図８では、「リング（基準）」と記す）は、分割していない円環状部品を貼り合わせて構成されたコイルバックヨークである。比較例１のコイルバックヨーク（図８では、「分割リング（比較例１）」と記す）は、分割円環部品を貼り合わせて形成された円環状部品が、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶように貼り合わされて構成されたコイルバックヨークである。コギングトルクの測定は、それぞれのコイルバックヨークを用いた被測定モーターを回転トルクメーター、本例では、中村製作所製のＮ２４００−ＳＧＫ（Ｉ）に接続して行った。
【００３７】
図８に示すように、基準の場合には、継ぎ目部分が無いのでコギングトルクは測定されない。一方、比較例１の場合には、１５．５［ｍＮｍ］と非常に大きなコギングトルクが測定された。これに対して、実施例の場合には、１．２［ｍＮｍ］と非常に小さなコギングトルクが測定された。実施例の場合には、比較例１と同様に、分割円環部品を貼り合わせて形成された円環状部品を用いて形成されているが、コギングの発生を抑制していると言える。なお、実施例と同様に分割円環部品を貼り合わせた円環状部品をそれぞれの継ぎ目部分が順にずれて配置されるようにしているが、分割円環部品同士の貼り合わせを磁性接着剤ではなく、通常の絶縁接着剤で行ったコイルバックヨークの場合（図示は省略）にも、コギングトルクの測定値は実施例の場合とほぼ同様である。
【００３８】
実施例のように、分割円環部品１１５ｓｃｒを貼り合わせた円環状部品１１５ｒｎｇをそれぞれの継ぎ目部分１１５ｃｔがずれて配置されるようにした場合において、コギングの発生抑制することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、コイルバックヨークの継ぎ目部分の存在により、コアレスモーターで発生するコギングトルクの大きさは、回転の軸に一致する方向、すなわち、コイルバックヨークの円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ各円環状部品の継ぎ目部分によって発生するコギングトルクの積算となる、と考えられる。比較例１の場合は、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並んでいるため、非常に大きなコギングトルクが発生している、と考えられる。これに対して、実施例のコイルバックヨーク１１５は、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが、円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように順番にずれて配置されて分散されているので、コギングの発生を抑制することができた、と考えられる。
【００３９】
図９は、永久磁石の表面磁束密度特性を、実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例２のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。比較例２のコイルバックヨーク（図９では、「分割リング（比較例２）」と記す）は、実施例と同様に分割円環部品を貼り合わせた円環状部品をそれぞれの継ぎ目部分がずれて配置されるようにしているが、分割円環部品同士の貼り合わせを磁性接着剤ではなく、通常の絶縁接着剤で行ったコイルバックヨークである。なお、図９は、１極の永久磁石の回転方向に沿った位置を電気角０〜π［ｒａｄ］で表し、標準的な磁束密度計を用いて、電気角に対する表面磁束密度を測定した表面磁束密度特性を示している。また、実施例および比較例２の表面磁束密度特性は、基準の表面磁束密度特性を基準として正規化して表されている。
【００４０】
図９に示すように、比較例２の場合には、基準の場合に比べて最大５％程度表面磁束密度が低下している。なお、図示は省略しているが、比較例１の場合の表面磁束密度も比較例２の場合と同様である。これに対して、実施例の場合の表面磁束密度は、基準の場合とほぼ同様であり、表面磁束密度の低下が改善されている。このように、表面磁束密度の低下を改善することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例の場合には、円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔには、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａ（図５参照）が形成されている。この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができ、表面磁束密度の低下を改善することができた、と考えられる。
【００４１】
図１０は、渦電流損失特性を、実施例のコイルバックヨークの場合と、基準のコイルバックヨークの場合と、比較例２のコイルバックヨークの場合と、で比較して示す説明図である。この渦電流損失は、標準モーターに被測定モーターを接続した状態で、標準モーターを測定回転数で回転させるために要する電力を測定することにより測定することができる。
【００４２】
図１０に示すように、比較例２の場合の渦電流損失は、回転数の増加に応じて基準の場合よりも増加し、最大１０％程度増加している。なお、図示は省略しているが、比較例１の場合の渦電流損失も比較例２の場合と同様である。これに対して、実施例の場合の渦電流損失は、基準の場合とほぼ同様であり、渦電流損失の増加が改善されている。このように、渦電流損失を抑制することができるのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例の場合には、円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔには、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａ（図５参照）が形成されている。この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができ、継ぎ目部分１１５ｃｔからの漏れ磁束を低減することができ、漏れ磁束によって発生する渦電流損失を低減することができた、と考えられる。
【００４３】
以上のように、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５を構成する円環状部品１１５ｒｎｇは、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品１１５ｓｃｒが、円環状に貼り合わされた構造を有しているので、従来例で説明したように、部材の無駄を削減して製造コストの改善が可能である。また、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５は、分割円環部品１１５ｓｃｒを貼り合わせて円環状に構成された円環状部品１１５ｒｎｇが円筒の軸方向に沿って貼り合わされた構造を有しているが、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが、円筒の軸方向に沿って順にずれて配置された構造を有しているので、コアレスモーター１０において、継ぎ目部分１１５ｃｔにより発生するコギングトルクの積算量を小さくして、コギングの発生を抑制することが可能である。また、本実施例で用いられるコイルバックヨーク１１５は、継ぎ目部分１１５ｃｔが磁気接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させた結合部１１５ｍａで形成されており、この結合部１１５ｍａには、軟磁性体の粉末が分散して含まれているので、継ぎ目部分１１５ｃｔにおける磁気抵抗を低減して磁気的な不連続性を緩和することができる。これにより、永久磁石の表面磁束密度の低下を改善できるとともに、継ぎ目部分１１５ｃｔからの漏れ磁束の発生を低減して渦電流損失の発生を低減することができる。以上のことから、本実施例のコアレスモーター１０では、高精度な位置決め、瞬時トルク性能に優れた機敏性、優れた駆動効率や回生効率を確保することが可能である。
【００４４】
なお、本実施例のコイルバックヨーク１１５は、以下で説明する手順で製造することも可能である。図１１は、コイルバックヨーク１１５の別の製造手順を示す説明図である。なお、コイルバックヨーク１１５を形成するために必要な個数の分割円環部品１１５ｓｃｒについては、図６に示した手順と同様にして形成することができる。そして、図１１に示すように、２３０個の分割円環部品１１５ｓｃｒを、円環の軸（コイルバックヨーク１１５の円筒の軸）方向側の一方の面に、上記したずれ量αだけ円環の周方向に回転して順にずれるように配置して貼り合わせることにより、４組の分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇを形成する。そして、形成した４組の分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇ同士を互いに貼り合わせて、円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を形成する。この際、分割円筒部品１１５Ｓｒｎｇ同士が互いに貼り合わされる面のうち、分割円環部品１１５ｓｃｒ同士が貼り合わされる面の少なくとも一方に、磁性接着剤１１５Ｂｎｄを塗布した上で貼り合わせる。最後に、形成した円環状部品１１５ｒｎｇの積層体を加熱して、円環状部品１１５ｒｎｇ間の絶縁接着剤および分割円環部品１５ｓｃｒ間の磁性接着剤１１５Ｂｎｄを硬化させる。以上の手順により、図５に示したコイルバックヨーク１１５が形成される。以上の製造手順によっても容易にコイルバックヨーク１１５を作製することができる。
【００４５】
また、本実施例のコイルバックヨーク１１５は、各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが円筒の軸方向（図中一点鎖線で示す）に平行な一直線上に並ばないように、円環の周方向に沿って順にずれている構造を例に示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、以下で説明する構造のコイルバックヨークとしてもよい。図１２は、変形例のコイルバックヨークの円筒面を展開した平面を模式的に示す説明図である。なお、図は、説明を容易にするため、１０個の円環状部品１１５ｒｎｇで構成されているものとして示している。
【００４６】
図１２（Ａ）のコイルバックヨーク１１５Ａは、実施例と同様に各円環状部品１１５ｒｎｇの継ぎ目部分１１５ｃｔが互いにずれているが、順にずれるのではない構造を示している。この場合には、実施例のコイルバックヨーク１１５と同様のコギング低減効果を得ることができる。ただし、順にずれて配置しないため若干製造が複雑になる。図１２（Ｂ）のコイルバックヨーク１１５Ｂは、実施例のコイルバックヨーク１１５と同様に、継ぎ目部分１１５ｃｔが順にずれて配置された構造を有しているが、円筒の軸方向に沿って複数の継ぎ目が並ぶ構造を示している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。図１２（Ｃ）のコイルバックヨーク１１５Ｃは、複数の円環状部品１１５ｒｎｇごとに、継ぎ目部分１１５ｃｔが順にずれて配置された構造を有している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。また、複数の円環状部品１１５ｒｎｇ単位で扱うことができるので、実施例の場合よりも製造が容易となる。図１２（Ｄ）のコイルバックヨーク１１５Ｄは、複数の円環状部品１１５ｒｎｇごとに、継ぎ目部分がずれて配置されているが、順にずれるのではない構造を示している。この場合にも、実施例に比べれば劣るもののコギング低減効果を得ることができる。また、複数の円環状部品１１５ｒｎｇ単位で扱うことができるので、実施例の場合よりも製造が容易となる、一方、順にずれて配置しない分製造が複雑になる。
【００４７】
以上説明したように、コイルバックヨークは、継ぎ目部分が円筒の軸方向に平行な一直線上に並ぶ数を分散させて、コギング低減効果を得ることが可能な構造であればよい。
【００４８】
Ｂ．第２実施例：
図１３は、第２実施例としてのコアレスモーターを示す説明図である。図１３（Ａ）は、コアレスモーター１０Ｂを回転軸２３０と平行な切断線で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図１３（Ｂ）は、コアレスモーター１０Ｂを回転軸２３０と垂直な切断線（図８（Ａ）のＢ−Ｂ）で切ったときの概略断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。第２実施例のコアレスモーター１０Ｂは、第１実施例のコアレスモーター１０と、以下で説明する相違点を除いて基本的に同じ構造を有している。すなわち、第１実施例と比較すると、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの数は半分となっている。そして、この相異に伴って、第２実施例の電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの１つの極の大きさは、第１実施例の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの１つの極の大きさよりも大きくなっている。
【００４９】
また、第１実施例では、図１（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、２つの電磁コイル１００Ａの有効コイル領域のコイル束が収まっている。これに対して、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００ＡＢの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、１つの電磁コイル１００ＢＢの有効コイル領域のコイル束が収まっており、電磁コイル１００ＢＢの有効コイル領域の２つのコイル束の間に、１つの電磁コイル１００ＡＢの有効コイル領域のコイル束が収まっている。この結果、第１実施例では、同相の電磁コイル同士が接触するところがあるが、第２実施例では、同相の電磁コイル同士が接触するところが無い。そして、この相異に対応して、第１実施例では、図３に示すように、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂの有効コイル領域におけるコイル束の太さφ１は、有効コイル領域におけるコイル束の間隔Ｌ２のほぼ半分の大きさであった。これに対して、第２実施例では、電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢの有効コイル領域におけるコイル束の太さφ１は、有効コイル領域におけるコイル束の間隔Ｌ２とほぼ同じ大きさとなっている。
【００５０】
以上のように、第１実施例の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂと第２実施例の電磁コイル１００ＡＢ，１００ＢＢとは、電磁コイルの巻き方および組み合わせ方が異なっている。そして、この相異により、具体的には、第１実施例では、図１（Ｂ）に示すように、同相の電磁コイル同士が接触しているところがあったのに対して、第２実施例では、図１３（Ｂ）に示すように、同相の電磁コイル同士が接触するところを無くすことにより、無駄な空間を減らして、第１実施例よりもさらに電磁コイルの占積率を向上させている。
【００５１】
第２実施例のコアレスモーター１０Ｂも、第１実施例のコアレスモーター１０と同様に、コイルバックヨーク１１５を適用しているので、コギングの発生を抑制することが可能である。また、永久磁石の表面磁束密度の低下を改善できるとともに、漏れ磁束の発生を低減して渦電流損失の発生を低減することができる。
【００５２】
上記実施例で説明した本発明の特徴を備える電動モーターであるコアレスモーターは、以下に示すように、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置として適用することが可能である。
【００５３】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した移動体の一例である電動自転車（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、上述した各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５４】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、本発明の特徴を備えるコアレス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、上述したように、コギングレスによる高精度な位置決めの可能な各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５５】
Ｅ．第５実施例：
図１６は、本発明の特徴を備えるコアレスモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。双腕７軸ロボット３４５０において、関節モーター３４６０あるいは把持部モーター３４７０としては、上述したように、瞬時トルク性能に優れた機敏性のある各種のコアレスモーターを利用することが可能である。
【００５６】
Ｆ．第６実施例：
図１７は、本発明の特徴を備えるコアレス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、電動モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この電動モーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、電動モーター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。この電動モーター３５１０としては、上述したように、駆動効率や回生効率に優れた各種のコアレスモーターを利用することができる。
【００５７】
Ｇ．変形例：
なお、上記実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００５８】
（１）変形例１
上記実施例では、一方の電磁コイル１００Ａ，１００ＡＢの磁気センサー側コイルエンド領域が外周側に曲げられ、他方の電磁コイル１００Ｂ，１００ＢＢの非磁気センサー側コイルエンド領域が内周側に曲げられている構成のコアレスモーター１０，１０Ｂを示しているが、一方の電磁コイルの両側のコイルエンド領域が外周側あるいは内周側に曲げられ、他方の電磁コイルの両側のコイルエンド領域が曲げられていない構成のコアレスモーターであってもよい。また、円筒面に沿って一方の電磁コイルが配置され、その外周に他方の電磁コイルが配置された２層配置構造のコアレスモーターであってもよい。
【００５９】
（２）変形例２
上記実施例および変形例は、インナーローター型のコアレスモーターを例に説明しているが、アウターローター側のコアレスモーターであってもよい。アウターローター型のコアレスモーターの場合には、電磁コイルの外周にローターの永久磁石が配置されるので、コイルバックヨークは、電磁コイルの内周側に沿って配置される。
【００６０】
（３）変形例３
上記実施例および変形例では、電磁コイルが２相の場合のコアレスモーターを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電磁コイルが３相以上の複数相のコアレスモーターであってもよい。
【００６１】
（４）変形例４
上記実施例および変形例では、本願発明の特徴部分を備えるコアレスモーターを例に説明したが、電動機モーターであるコアレスモーターに限定されるものではなく、発電機に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…コアレスモーター
１０Ｂ…コアレスモーター
１５…ステーター
１５ｍ…ステーターモジュール
２０…ローター
１００…電磁コイル
１００Ａ，１００Ｂ…電磁コイル
１００ＡＢ，１００ＢＢ…電磁コイル
１１０…ケーシング
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…ケーシング部分
１１５…コイルバックヨーク
１１５ｒｎｇ…円環状部品
１１５Ｃｒｎｇ…円環状部品
１１５ｓｃｒ…分割円環部品
１１５ｃｔ…継ぎ目部分
１１５ｍａ…結合部
１１５Ｓｒｎｇ…分割円筒部品
１１５Ｂｎｄ…磁性接着剤
１１５Ｐ…鋼板材
１３０…樹脂
２００…永久磁石
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
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
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…電動モーター
３５２０…車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークであって、
複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
前記円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有しており、
前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、前記円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルバックヨークであって、
各円環状部品は、それぞれの継ぎ目部分が前記円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコイルバックヨークであって、
前記分割円環部品同士が貼り合わされた継ぎ目部分は、軟磁性体の粉末を含む結合部材によって形成される結合部で構成されている、コイルバックヨーク。
コイルバックヨーク。
【請求項４】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置であって、
前記ローターは、前記ローター中の円筒面に沿って配置された永久磁石を備え、
前記ステーターは、前記永久磁石に対向するように前記ステーター中の円筒面に沿って配置された空芯の電磁コイルと、前記空芯の電磁コイルを挟んで前記永久磁石に対向するように配置されたコイルバックヨークと、を備え、
前記コイルバックヨークは、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコイルバックヨークである、コアレス電機機械装置。
【請求項５】
請求項４に記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【請求項６】
請求項４に記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【請求項７】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、
前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、
（ｂ）前記分割円環部品同士を前記円環の周方向に沿って貼り合わせて一つの円環状部品を形成し、形成した一つの円環状部品の前記円環の軸方向側の上面に、前記分割円環部品を重ねて貼り合わせつつ、前記円環の周方向に沿って前記分割円環部品同士を貼り合わせて次の一つの円環状部品を形成することにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
【請求項８】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、
前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、
（ｂ）複数の分割円環部品を前記円筒の軸方向に沿って貼り合わせた分割円筒部品を複数形成する工程と、
（ｃ）形成した複数の分割円筒部品を貼り合わせることにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）において、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
【請求項１】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークであって、
複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
前記円環状部品は、軟磁性体で構成され、かつ、円環の周方向に沿って分割された形状を有する複数の分割円環部品が、円環状に貼り合わされた構造を有しており、
前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が、前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品の継ぎ目部分が、他の円環状部品の継ぎ目部分に対して、前記円環の周方向に沿ってずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルバックヨークであって、
各円環状部品は、それぞれの継ぎ目部分が前記円環の周方向に沿って積層の順にずれて貼り合わされている、コイルバックヨーク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコイルバックヨークであって、
前記分割円環部品同士が貼り合わされた継ぎ目部分は、軟磁性体の粉末を含む結合部材によって形成される結合部で構成されている、コイルバックヨーク。
コイルバックヨーク。
【請求項４】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置であって、
前記ローターは、前記ローター中の円筒面に沿って配置された永久磁石を備え、
前記ステーターは、前記永久磁石に対向するように前記ステーター中の円筒面に沿って配置された空芯の電磁コイルと、前記空芯の電磁コイルを挟んで前記永久磁石に対向するように配置されたコイルバックヨークと、を備え、
前記コイルバックヨークは、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコイルバックヨークである、コアレス電機機械装置。
【請求項５】
請求項４に記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【請求項６】
請求項４に記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【請求項７】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、
前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、
（ｂ）前記分割円環部品同士を前記円環の周方向に沿って貼り合わせて一つの円環状部品を形成し、形成した一つの円環状部品の前記円環の軸方向側の上面に、前記分割円環部品を重ねて貼り合わせつつ、前記円環の周方向に沿って前記分割円環部品同士を貼り合わせて次の一つの円環状部品を形成することにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
【請求項８】
ローターおよびステーターを有するコアレス電気機械装置において、前記ステーター中の円筒面に沿って配置される空芯の電磁コイルの内周または外周に配置される円筒状のコイルバックヨークの製造方法であって、
前記コイルバックヨークは複数の円環状部品が円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を有しており、
（ａ）前記円環状部品の円環の周方向に沿って等分割された形状を有する分割円環部品を、軟磁性体である鋼板材から打ち抜き形成する工程と、
（ｂ）複数の分割円環部品を前記円筒の軸方向に沿って貼り合わせた分割円筒部品を複数形成する工程と、
（ｃ）形成した複数の分割円筒部品を貼り合わせることにより、前記複数の円環状部品が前記円筒の軸方向に沿って貼り合わされた積層構造を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｃ）において、前記分割円環部品の前記円環の周方向に沿った貼り合わせによって各円環状部品に形成される継ぎ目部分が前記円筒の軸方向に平行な一直線上に並ばないように、前記複数の円環状部品のうち少なくとも一部の円環状部品に対応する分割円環部品を前記円環の周方向に沿ってずらして貼り合わせる工程を含む、コイルバックヨークの製造方法。
【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２】
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【図５】
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【図７】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−６２９６９（Ｐ２０１３−６２９６９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００４２８（Ｐ２０１１−２００４２８）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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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