電気機械装置、ロボット、移動体及び電気機械装置の製造方法
【課題】電気機械装置のローター部を樹脂化するとともに、捻れ強度を強くする。
【解決手段】電気機械装置であって、中心軸２３０と、前記中心軸２３０の外周に沿って配置されたローター磁石２００を有するローター２０と、前記ローター２０の外周に配置されたステーター１５と、を備え、前記中心軸２３０は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維２３１Ａの向きと、前記中心軸２３０の方向との為す角が４５°である。
【解決手段】電気機械装置であって、中心軸２３０と、前記中心軸２３０の外周に沿って配置されたローター磁石２００を有するローター２０と、前記ローター２０の外周に配置されたステーター１５と、を備え、前記中心軸２３０は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維２３１Ａの向きと、前記中心軸２３０の方向との為す角が４５°である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、ロボット、移動体及び電気機械装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空回転軸を備え、中空部に配線を通しているモーター（電動モーター）を用いた産業用ロボットの旋回装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０７８４２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ローター部は、捻れ強度が要求されるため、電動モーターを軽量化するための樹脂化については、十分に検討されてこなかった。
【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、ローター部を樹脂化するとともに、捻れ強度を強く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］
電気機械装置であって、中心軸と、前記中心軸の外周に沿って配置されたローター磁石を有するローターと、前記ローターの外周に配置されたステーターと、を備え、前記中心軸は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記中心軸から、前記ローター磁石に向かって放射方向に投影したとき、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、前記中心軸の方向との為す角が４５°である、電気機械装置。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角が４５°であるので、中心軸の捻れ強度を強くすることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１の記載の電気機械装置において、前記中心軸の炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維が平らに束ねられた炭素繊維束を四つ目編みして形成した織布を樹脂で筒状に固めている、電気機械装置。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角を４５°にすることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【００１０】
［適用例４］
適用例１または２に記載の電気機械装置を備える移動体。
【００１１】
［適用例５］
適用例４に記載の移動体において、前記移動体は車両である、移動体。
【００１２】
［適用例６］
電気機械装置の製造方法であって、炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、管状に巻く工程と、前記織布を炭素繊維強化プラスチックで固めて中心軸を製造する工程と、前記中心軸の周りに永久磁石を配置する工程と、前記中心軸と前記永久磁石とを樹脂でモールドしてローターを形成する工程と、前記ローターを、電磁コイルを有するステーターに組み付ける工程と、を備える、電気機械装置の製造方法。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角が４５°とした中心軸を有する電気機械装置を容易に製造することができる。
【００１３】
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、モーターや発電装置などの電気機械装置のほか、それを用いたロボット、電気機械装置の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施例におけるコイルバックヨークの厚みとコイルバックヨーク表面の磁束密度の関係を示すグラフである。
【図３】中心軸を形成する材料である炭素繊維の織布を示す説明図である。
【図４】炭素繊維織布の巻方向と、中心軸のねじれ破断トルクと、の関係を示す説明図である。
【図５】炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。
【図６】炭素繊維織布から中心軸２３０を製造する工程を示す説明図である。
【図７】炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。
【図８】図７に示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。
【図９】炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。
【図１０】図９示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。
【図１１】ローター２０の製造工程を示す説明図である。
【図１２】第２の実施例の動力発生装置１１００の内部構成を示す概略断面図である。
【図１３】サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の入出力別と増減速の関係を示す説明図である。
【図１４】第３の実施例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施例としてのロボットアーム１０１０（「ロボットハンド」とも呼ぶ。）の構成を示す概略図である。
【図１６】本発明の第５実施例としての動力発生装置１１００Ｃの構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の第６実施例としての動力発生装置１１００Ｅの構成を示す概略図である。
【図１８】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１９】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２０】本発明の変形例による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２１】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】
【００１５】
［第１の実施例］
図１は、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を中心軸２３０に平行な面（図１（Ｂ）の１Ａ−１Ａ切断面）で切った断面であり、図１（Ｂ）は、コアレスモーターを中心軸２３０に垂直な面（図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ切断面）で切った断面である。
【００１６】
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インナーローター型モーターである。ステーター１５は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、ケーシング１１０と、コイルバックヨーク１１５と、磁気センサー３００とを備えている。ローター２０は、中心軸２３０と、永久磁石２００と、磁石サイドヨーク２１５と、磁石バックヨーク２３６と、軸受け２４０と、波バネ座金２６０と、を備えている。
【００１７】
ローター２０は、中心に中心軸２３０を有しており、中心軸２３０の外周には、磁石バックヨーク２３６が配置されている。磁石バックヨーク２３６の外周には、６つの永久磁石２００が配置されている。６個の永久磁石２００は、中心軸２３０の中心から外部に向かう方向（放射方向）に磁化された永久磁石２００と、中心から外部に向かう方向（中心方向）に磁化された永久磁石２００とを含んでおり、磁化方向が中心方向である永久磁石２００と、磁化方向が放射方向である永久磁石２００は、円周方向に沿って交互に配置されている。永久磁石２００の中心軸２３０方向の端部には、磁石サイドヨーク２１５が設けられている。磁石サイドヨーク２１５は、軟磁性体材料で形成された円盤状の部材である。永久磁石２００からでた磁束のうち、中心軸２３０方向に漏れ出た磁束は、磁石サイドヨーク２１５を通りやすい。中心軸２３０は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、貫通孔２３９を有している。中心軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け部２４０で支持されてケーシング１１０に取り付けられている。また、本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０が設けられており、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は省略可能である。
【００１８】
ケーシング１１０は、略円筒形をした筐体である。ケーシングの内周に沿って、二相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが配列されている。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、有効コイル領域とコイルエンド領域とを有している。ここで有効コイル領域とは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向のローレンツ力を与える領域であり、コイルエンド領域は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向と異なる方向のローレンツ力を与える領域である。ただし、コイルエンド領域は、有効コイル領域を挟んで２つあり、それぞれのローレンツ力は、大きさが同じで、向きが反対であるので、打ち消し合う。有効コイル領域においては、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、回転軸とほぼ平行な方向であり、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、回転方向と平行である。また、有効コイル領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、永久磁石２００と重なっているが、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、永久磁石２００と重なっていない。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００とも呼ぶ。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂとケーシング１１０との間には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。コイルバックヨーク１１５の中心軸２３０方向の長さは、永久磁石２００の中心軸２３０方向の長さとほぼ同じである。中心軸２３０からコイルバックヨーク１１５に向かって放射方向に放射線を引いたとき、放射線は、永久磁石２００をちょうど貫く。すなわち、コイルバックヨーク１１５と永久磁石２００は、重なっている。
【００１９】
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１００Ａ、１００Ｂの各相に１つずつ配置されている。なお、図１（Ａ）では、一方の磁気センサー３００のみを表示している。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。ここで、磁気センサー３００は、コイルエンド領域から、中心軸２３０に垂線を降ろしたときの垂線上に配置されている。
【００２０】
図２は、第１の実施例における磁石バックヨークの厚みと永久磁石２００で、コイルバックヨーク１１５側表面の磁束密度の関係を示すグラフである。図２からわかるように、磁石バックヨーク２３６の厚さを厚くすると、磁石表面の磁束密度は大きくなる。しかし、磁石バックヨーク２３６の厚みが２ｍｍ以上のときの磁石表面の磁束密度は、磁石バックヨーク２３６の厚みが２ｍｍの時の磁束密度とほとんど同じ大きさである。すなわち、磁石バックヨーク２３６を２ｍｍ以上に厚くしても、磁石表面の磁束密度は、大きくならない。
【００２１】
図３は、中心軸を形成する材料である炭素繊維の織布を示す説明図である。炭素繊維織布２３３は、炭素繊維束２３２Ａ、２３２Ｂが交差するように四つ目編みされて形成されている。ここで、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂは同じ物であり、符号を変えているのは、四つ目編みする時に縦と横とを区別するためである。両者を区別しない場合には、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂを、炭素繊維束２３２と呼ぶ。炭素繊維束２３２は、炭素繊維２３１が細長い平面上に束ねられて形成されている。
【００２２】
炭素繊維織布２３３の右側に示した矢印は、炭素繊維織布２３３の巻方向を示している。炭素繊維織布２３３の巻方向は、丸められた中空円筒状の炭素繊維織布の中心軸と垂直な方向である。本実施例の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きと、炭素繊維織布２３３の巻方向との為す角の大きさを、巻方向の角度と呼ぶ。例えば、巻方向の角度が９０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と９０°（垂直）となり、丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸と平行となる。このとき、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と平行となる。同様に、巻方向の角度が６０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と６０°の角を為しており、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と３０°（＝９０°―６０°）の角を為している。巻方向の角度が４５°の場合、炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向き、炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、いずれも、炭素繊維織布２３３の巻方向と４５°の角を為している。なお、また、炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂの向きと丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸との為す角も４５°である。一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａからみて９０°、６０°の角度は、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂから見れば、それぞれ０°、３０°の角度となる。ここで、炭素繊維束２３２Ａと炭素繊維束２３２Ｂは交換可能である。したがって、巻方向の角度が６０°の場合は、巻方向の角度が３０°の場合と同じである。以下では、炭素繊維２３１Ａの方向と、炭素繊維織布２３３の巻方向が為す角を「巻角度」とも呼ぶ。
【００２３】
図４は、炭素繊維織布の巻方向と、中心軸のねじれ破断トルクと、の関係を示す説明図である。図４から、巻角度が４５°となるように、炭素繊維織布２３３（図３）を丸めることにより、ねじれ破断トルクを最大にすることができる。
【００２４】
図５は、炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。まず、工程（Ａ）では、炭素繊維２３１を準備し、炭素繊維２３１を束ねて細長い炭素繊維束２３２を製造する。次に、工程（Ｂ）では、炭素繊維束２３２を四つ目編みして炭素繊維織布２３３を製造する。図５では、炭素繊維束２３２が四つ目編みに編まれていく様子が示されている。その後、工程（Ｃ）では、炭素繊維織布２３３を長方形形状に切断する。このとき、長方形の各辺と、炭素繊維の向きが４５°となるように切断する。
【００２５】
図６は、炭素繊維織布から中心軸２３０を製造する工程を示す説明図である。工程（Ｄ）では、分離内枠型４００の外周に剥離剤を塗布し、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３を巻き付ける。本実施例では、分離内枠型４００は、４つに分割可能であり、分離内枠型４００が合体した形状は、円筒形である。なお、分離内枠型４００の内部は空洞である。炭素繊維織布２３３を巻き方向は、炭素繊維織布２３３の炭素繊維２３１（図５）と４５°の角度となる方向である。すなわち、図５の工程（Ｃ）で製造された炭素繊維織布２３３の短辺または長辺が、分離内枠型４００により形成される円筒の軸方向と平行となるようにすればよい。
【００２６】
工程（Ｅ）では、外枠型４１０の内周に剥離剤を塗布したのち、外枠型４１０の内側に炭素繊維織布２３３が巻かれた分離内枠型４００を挿入する。次の工程（Ｆ）では、分離内枠型４００の内部の空洞に加圧枠型４０５を挿入する。このとき、外枠型４１０及び加圧枠型４０５から加熱する。加圧枠型４０５は、例えば円錐台の形状を有しており、細い方から分離内枠型４００の内部の空洞に、分離内枠型の両側から挿入していくことにより、分離内枠型４００を外枠型４１０の方に加圧することができる。これにより、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３は、加熱圧縮される。
【００２７】
工程（Ｇ）では、外枠型４１０を外す。外枠型４１０の内周には剥離剤が塗布されているので、外枠型４１０は、容易に取り外すことが可能である。工程（Ｈ）では、加圧枠型４０５を抜き、工程（Ｉ）では、分離内枠型４００を１つずつ外していく。これにより、炭素繊維強化プラスチックにより形成された中心軸２３０を形成することができる。
【００２８】
図７は、炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。この炭素繊維織布２３３は、２つの長方形形状の幅広部２３３ａ、幅狭部２３３ｂを有している。具体的には、幅広部２３３ａに、幅広部２３３ａよりも幅の細い幅狭部２３３ｂが付加された形状を有している。
【００２９】
図８は、図７に示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。図７に示す炭素繊維織布２３３は、長方形の幅広部２３３ａに加えて、細い幅狭部２３３ｂを有しているため、図６に示す工程に従って分離内枠型４００に炭素繊維織布２３３を巻くと、細い幅狭部２３３ｂの部分において、さらに炭素繊維織布が厚く巻かれることになり、その部分において中心軸２３０の厚さが厚くなる。なお、幅広部２３３ａと幅狭部２３３ｂは、１枚で構成されていても良く、幅広部２３３ａと幅狭部２３３ｂとが分かれて２枚で構成されていてもよい。なお、この場合、外枠型４１０は、炭素繊維織布２３３の厚さに応じて、異なる内径の外枠型４１０を用いる。この厚い部分は、例えば軸受け停止用の突起として機能させることができる。
【００３０】
図９は、炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。この炭素繊維織布２３３は、図７に示す炭素繊維織布２３３の幅狭部２３３ｂの部分に切り抜き部２３３ｃを有している。
【００３１】
図１０は、図９示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。図９に示す炭素繊維織布２３３は、細い炭素繊維織布２３３ｂを有しているため、図８に示したのと同様に、細い炭素繊維織布２３３ｂの部分において、中心軸２３０の厚さが厚くなる。さらに、空間２３３ｃに相当する位置に空間（中空室）が形成されている。
【００３２】
図１１は、ローター２０の製造工程を示す説明図である。工程（Ａ）では、中心軸２３０を準備する。この中心軸２３０は、図５、６に示す工程により製造することができる。工程（Ｂ）では、中心軸２３０に軸受停止軸用のパイプ２３５を嵌めこむ。このパイプ２３５も中心軸２３０と同様に、図５、６に示す工程により製造することができる。パイプ２３５部分は 中心軸２３０の直径が大きくなる。後の工程で、この部分に永久磁石２００（図１）が配置され、パイプ２３５の両端部に軸受け２４０（図１）が配置される。
【００３３】
工程（Ｃ）では、パイプ状の磁石バックヨーク２３６の中に工程（Ｂ）で製造した中心軸２３０を挿入する。このとき、パイプ２３５が、磁石バックヨーク２３６とほぼ重なる位置（同等位置）まで挿入する。磁石バックヨーク２３６は、例えば、Ｂ−Ｈ特性でＢが大きく、Ｈが最小となる軟磁性体材料で、鉄損失の少ない積層鋼板材で形成されている。
【００３４】
工程（Ｄ）では、極異方性磁石の未着磁状態の磁石２０１（以下「未着磁磁石２０１」と呼ぶ。）を磁石バックヨーク２３６と同等の位置に挿入する。この未着磁磁石２０１は、後の工程で外部から着磁されることにより、永久磁石２００に変化する。
【００３５】
工程（Ｅ）では、未着磁磁石２０１と中心軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。先ず、未着磁磁石２０１の両端部に磁石サイドヨーク２１５を配置し、さらに、外金型４３０を配置する。外金型４３０は、樹脂注入口４３１と、空気排出口４３２とを備えている。樹脂注入口４３１から樹脂を注入して加圧、加熱し、未着磁磁石２０１と中心軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。
【００３６】
工程（Ｆ）では、外金型４３０を取り外したのち、バランス調整用のバランス錘２３８を貼り付ける。なお、樹脂の一部を削ってバランスをとってもよい。
【００３７】
工程（Ｇ）では、例えば誘導コイルを用いて、未着磁磁石２０１に対して外部から着磁する。樹脂でモールドする前に着磁しても、モールド時の熱で磁力が弱くなる恐れがあるので、樹脂でモールドした後に着時することが好ましい。工程（Ｈ）では、軸受け２４０をパイプ２３５により止まる位置まで挿入する。以上により、ローター２０を製造することができる。
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、樹脂製で、捻れ強度の強い中心軸２３０を製造することができる。
【００３９】
［第２の実施例］
図１２は、第２の実施例の動力発生装置１１００の内部構成を示す概略断面図である。動力発生装置１１００は、中心軸２３０と、モーター部１１２０と、回転機構部１１３０とを備える。モーター部１１２０と回転機構部１１３０とは、後述するように、互いに勘合して一体化するように配置され、中心軸２３０は、一体化されたモーター部１１２０と回転機構部１１３０の中央を貫通するように配置される。中心軸２３０は、軸方向に延びる貫通孔２３９を有しており、貫通孔２３９には、導電線束１０２５が挿通されている。中心軸２３０は、上述したように、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されている。
【００４０】
モーター部１１２０は、ローター１１２１と、ケーシング１１２２とを備える。モーター部１１２０は、以下に説明するように、ラジアルギャップ型の構成を有している。ローター１１２１の本体部は略円盤形状を有しており、その本体部の側壁の外周面には、永久磁石２００が円筒形に配列されている。永久磁石２００の磁束の方向は、放射方向である。なお、永久磁石２００の裏側の面（ローター１１２１の側壁側の面）には、磁力効率を向上させるための磁石バックヨーク１２１５が配置されている。
【００４１】
ローター１１２１は、その中央に中心軸２３０を挿通させるための貫通孔１２１１を有している。なお、貫通孔１２１１の内壁面と、中心軸２３０の外周面との間には、ローター１１２１が中心軸２３０を中心に回転可能とするための軸受け２４０が配置されている。軸受け２４０は、例えば、ボールベアリングによって構成することができる。
【００４２】
ローター１１２１の回転機構部１１３０と対向する側の面には、貫通孔１２１１を中心とする略円環状の溝として形成された凹部１２１２が設けられている。貫通孔１２１１と凹部１２１２とを隔てる略円筒状の隔壁１２１３の外側の壁面には、ギア歯１１２１ｔが形成されている。以後、このローター１１２１の中央に設けられたギア歯１１２１ｔを有する隔壁１２１３を「ローターギア１２１３」と呼ぶ。後述するように、本実施例におけるローターギア１２１３は、遊星ギアのサンギアとして機能する。
【００４３】
ケーシング１１２２は、回転機構部１１３０と対向する側の面が開放された略円筒形状の中空容体であり、ローター１１２１を収容する。ケーシング１１２２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ；carbon fiber reinforced plastics）などの樹脂材料によって構成されるものとしても良い。これによって、動力発生装置１１００の軽量化が可能である。
【００４４】
ケーシング１１２２の底面の中央には、中心軸２３０を挿通するための貫通孔１２２１が形成されている。中心軸２３０とケーシング１１２２とは互いに固定的に取り付けられる。なお、ケーシング１１２２の外側には、中心軸２３０の保持性を向上させるための軸受けリング２４１が勘合的に取り付けられている。
【００４５】
ケーシング１１２２の内周面には、電磁コイル１００（１００Ａ、１００Ｂ）が、ローター１１２１の永久磁石２００と間隔を有しつつ対向するように円筒形に配列されている。即ち、モーター部１１２０では、電磁コイル１００がステーターとして機能し、中心軸２３０を中心としてローター１１２１を回転させる。なお、電磁コイル１００とケーシング１１２２との間には、磁力効率を向上させるためのコイルバックヨーク１１５が配置されている。
【００４６】
ケーシング１１２２の底面には、永久磁石２００の位置を検出する位置検出部３００（「磁気センサー３００」とも呼ぶ。）と、ローター１１２１の回転を制御するための回転制御回路を備える回路基板３１０が設けられている。位置検出部３００は、例えば、ホール素子によって構成され、永久磁石２００の周回軌道の位置に対応するように配置されている。位置検出部３００は、回路基板３１０上に配置され、または信号線を介して接続されている。
【００４７】
回路基板３１０には、導電線束１０２５から分岐した導電線が接続されている。また、回路基板３１０は、電磁コイル１００と電気的に接続されている。回路基板３１０は、位置検出部３００が出力する検出信号を動力発生装置１１００の駆動を制御する制御部（図示せず）に送信する。また、回路基板３１０の回転制御回路は、制御部からの制御信号に従って、電磁コイル１００に電力を供給して磁界を発生させ、ローター１１２１を回転させる。
【００４８】
回転機構部１１３０は、ローター１１２１のローターギア１２１３とともに遊星ギア機構を構成し、減速機として機能する。回転機構部１１３０は、ギア固定部１１３１と、３個のプラネタリーギア１１３２と、負荷接続部１１３３とを備える。なお、図１３では便宜上、２個のプラネタリーギア１１３２のみを図示してある。
【００４９】
ギア固定部１１３１は、内壁面にギア歯１１３１ｔが設けられた略円環状のギアであるアウターギア１３１１と、アウターギア１３１１の外周に突出した鍔部１３１２とを有している。ギア固定部１１３１は、鍔部１３１２と、モーター部１１２０のケーシング１１２２の側壁端面とを固定用ボルト１１１４によって締結することにより、モーター部１１２０に固定的に取り付けられる。
【００５０】
ギア固定部１１３１のアウターギア１３１１は、ローター１１２１の凹部１２１２に収容される。また、アウターギア１３１１の内周面と、ローターギア１２１３の外周面との間には、３個のプラネタリーギア１１３２が、ローターギア１２１３の外周に沿って、ほぼ等間隔で配置される。なお、プラネタリーギア１１３２のギア歯１１３２ｔと、アウターギア１３１１のギア歯１１３１ｔおよびローターギア１２１３のギア歯１１２１ｔとが互いに噛み合うことにより、これら３種のギア１２１３，１１３２，１３１１は連結される。
【００５１】
負荷接続部１１３３は、プラネタリーキャリアとして機能する略円筒形状の部材である。負荷接続部１１３３の底面の中央には、中心軸２３０を挿通する貫通孔１３３１が設けられている。貫通孔１３３１の内壁面と、中心軸２３０の外周面との間には、負荷接続部１１３３が中心軸２３０を中心に回転可能とするための軸受け２４０が配置されている。なお、負荷接続部１１３３に取り付けられた軸受け２４０と、ローター１１２１に取り付けられた軸受け２４０との間には、スペーサー１１１５が配置される。
【００５２】
ここで、ギア固定部１１３１の中央部には、アウターギア１３１１の内周空間に連通する略円形形状の開口部１３１３が形成されており、負荷接続部１１３３は、その開口部１３１３に配置される。負荷接続部１１３３のモーター部１１２０側（図１３の紙面右側）の底面には、ローター１１２１の凹部１２１２に収容されたプラネタリーギア１１３２の回転軸１１３２ｓを回転可能に保持するための軸孔１３３２が形成されている。
【００５３】
負荷接続部１１３３の外側（図１２の紙面左側）の底面には、中心軸２３０の保持性を向上させるための軸受けリング２４１が勘合的に取り付けられている。負荷接続部１１３３の外側の底面には、さらに、負荷であるベベルギア１０２１の回転軸が、固定用ボルト１１１４によって固定されている。本実施例では、負荷接続部１１３３は、中心軸２３０と固定されていないので、負荷接続部１１３３に負荷がかかっても、中心軸２３０には、捻れトルクがかからない。
【００５４】
図１３は、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の入出力別と増減速の関係を示す説明図である。本実施例では、回転機構部１１３０は、遊星ギアを有しているが、遊星ギアにおいては、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の３つのうちの１つを入力部とし（ローター１１２１と一体的に設けられ、あるいは接続され）、残り２つのうちの１つを出力部とし（負荷接続部１１３３と一体的に設けられ、あるいは接続され）、残りの１つを固定部としても（ステーター（ケーシング１１２２）と一体に設けられ、あるいは接続されても）よい。遊星ギアでは、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）とを、入力部と固定部と出力部と、のどれに割り当てるかにより、遊星ギアを減速機あるいは増速機として用いることが決めることが出来る。逆に言えば、遊星ギアを、減速機あるいは、増速機として用いるかにより、入力部、固定部、出力部をどれにするかを決定することになる。また、そのときの減速比（増速比）は、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）の歯数により決定することが出来る。サンギアの歯数をＺａ、アウターギアの歯数をＺｃとすると、各状態における減速比及び入力部の回転方向に対する出力部の回転方向は、図１３に示す関係を有している。
【００５５】
以上、本実施例によれば、中心軸２３０は、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されているので、中心軸２３０の捻れ強度を強くすることが可能となる。なお、本実施例では、中心軸２３０に直接負荷が掛からない構成になっているので、中心軸２３０の捻れ強度の強化の効果が大きい。
【００５６】
［第３の実施例］
図１４は、第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例は、第２の実施例と比較すると、以下の点が異なっている。第３の実施例では、ケーシング１１２２と中心軸２３０との間に軸受け２４０が配置されている。すなわち、中心軸２３０は、ケーシング１１２２に対して回転可能に形成されている。また、負荷接続部１１３３と中心軸２３０とが接続されている。これにより負荷接続部１１３３とともに、中心軸２３０が回転する。すなわち、第３の実施例では、第２の実施例よりも、中心軸２３０に捻れ負荷が多く掛かる構成になっている。しかし、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されているので、中心軸２３０の捻れ強度を強くすることが可能となるため、第３の実施例のような中心軸２３０に捻れ負荷が多く掛かる構成であっても、十分な捻れ強度を備えている。
【００５７】
なお、本実施例では、負荷接続部１１３３に負荷が接続される構成であるが、中心軸２３０に負荷が接続される構成を採用してもよい。この場合、中心軸２３０と負荷接続部１１３３とは、一体と考えることも出来る。
【００５８】
［第４の実施例］
図１５、は本発明の一実施例としてのロボットアーム１０１０（「ロボットハンド」とも呼ぶ。）の構成を示す概略図である。図１５（Ａ）は、ロボットアーム１０１０の変形態様を示す模式図であり、変形前のロボットアーム１０１０と、変形後のロボットアーム１０１０とが図示されている。なお、図１５（Ａ）には、互いに直交する３次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。
【００５９】
ロボットアーム１０１０は、４つの基体部１０１１〜１０１４を備える。４つの基体部１０１１〜１０１４はそれぞれ、第１〜第３の関節部Ｊ１〜Ｊ３を介して、互いに直列に連結されている。以後、ロボットアーム１０１０において、第１の基体部１０１１側を「後端側」と呼び、第４の基体部１０１４側を「先端側」と呼ぶ。
【００６０】
ロボットアーム１０１０は、各関節部Ｊ１〜Ｊ３における回動により、各基体部１０１１〜１０１４の連結角度が変わり、全体として湾曲状の形態に変形する。なお、図１５（Ａ）では、ロボットアーム１０１０の変形後の態様として、ロボットアーム１０１０が紙面上側に向かって湾曲した状態が図示されている。
【００６１】
図１５（Ｂ）は、ロボットアーム１０１０の内部構成を示す概略断面図である。なお、図１５（Ｂ）には、図１５（Ａ）と対応するように三次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。各基体部１０１１〜１０１４の内部は中空であり、各関節部Ｊ１〜Ｊ３の動力源である動力発生装置１１００と、動力発生装置１１００からの駆動力が伝達される２つのベベルギア（かさ歯車）１０２１，１０２２と、が収容されている。以下では、第１と第２の基体部１０１１，１０１２を連結する第１の関節部Ｊ１の構成について説明する。なお、第２と第３の基体部１０１２，１０１３を連結する第２の関節部Ｊ２および第３と第４の基体部１０１３，１０１４を連結する第３の関節部Ｊ３の構成は、第１の関節部Ｊ１の構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００６２】
動力発生装置１１００は、電磁力により回転駆動力を発生するモーターを有している。動力発生装置１１００の内部構成については第２，３の実施例のところですでに説明している。動力発生装置１１００は、第１の基体部１０１１の先端側に配置されており、第１のベベルギア１０２１の回転軸と接続されている。第１のベベルギア１０２１は、その回転軸が第１と第２の基体部１０１１，１０１２の境界を貫通するように配置され、回転軸の先端に設けられた歯車部（ギア部）が第２の基体部１０１２内に配置されている。
【００６３】
第２のベベルギア１０２２は、第２の基体部１０１２の後端側において、そのギア部が第１のベベルギア１０２１のギア部と連結するように、第２の基体部１０１２の内壁面に固定的に取り付けられている。動力発生装置１１００から伝達された回転駆動力によって、第１のベベルギア１０２１が回転する。第１のベベルギア１０２１の回転により、第２のベベルギア１０２２が回転し、第２の基体部１０１２が回動する。
【００６４】
ところで、ロボットアーム１０１０の内部には、各動力発生装置１１００に電力や制御信号を送信するための導電線の束である導電線束１０２５が挿通されている。具体的には、導電線束１０２５は、後端側から第１の基体部１０１１の内部に挿通され、その一部の導電線が分岐して第１の基体部１０１１内の動力発生装置１１００の接続部に接続される。そして、残りの導電線束１０２５は、動力発生装置１１００の中央を通る貫通孔２３９（図１３参照）と、第１のベベルギア１０２１の中心軸を貫通する貫通孔（図示は省略）とを通って、第２の基体部１０１２へと延びる。
【００６５】
導電線束１０２５は、第２の基体部１０１２においても、同様に配設されている。即ち、第２の基体部１０１２内部に挿通された導電線束１０２５は、その一部が動力発生装置１１００に接続され、残りが、動力発生装置１１００および第１のベベルギア１０２１の内部を通って、第３の基体部１０１３へと挿通される。そして、第３の基体部１０１３に挿通された導電線束１０２５は、動力発生装置１１００に接続される。
【００６６】
導電線束１０２５が各関節部Ｊ１〜Ｊ３において外部に露出されていと、ロボットアームの変形に伴って、各関節部Ｊ１〜Ｊ３において、導電線束１０２５が各基体部１０１１〜１０１４に挟まれるなどして劣化してしまう可能性がある。また、導電線束１０２５が外部に露出していることにより、ロボットアームの意匠性を低下させてしまう可能性がある。しかし、本実施例のロボットアーム１０１０であれば、導電線束１０２５の外部に露出していないため、こうした不具合の発生が抑制されている。
【００６７】
［第５の実施例］
図１６は、本発明の第５実施例としての動力発生装置１１００Ｃの構成を示す概略図である。図１４に示す第３の実施例では、遊星ギアにより構成される回転機構部１１３０を備えていたが、第５の実施例では、遊星ギアの代わりにハーモニックドライブ機構を有する回転機構部１１３０Ｃを備えている点が異なる。
【００６８】
この動力発生装置１１００Ｃでは、ローター１１２１の凹部１２１２に、回転機構部１１３０Ｃとして、ハーモニックドライブ機構を構成するウェーブジェネレーター１１６０と、フレックススプライン１１６２と、サーキュラスプライン１１６５とが収容される。ウェーブジェネレーター１１６０は、底面が略長円形形状を有する略楕円筒形状の部材である。
【００６９】
ウェーブジェネレーター１１６０には、その中心軸方向（紙面左右方向）に貫通する貫通孔１６０１が設けられており、貫通孔１６０１の内壁面には、ギア歯１１６０ｔが形成されている。ウェーブジェネレーター１１６０は、貫通孔１６０１にローターギア１２１３を勘合的に収容した状態で、締結ボルトＦＢによってローター１１２１と締結される。これによって、ウェーブジェネレーター１１６０は、ローター１１２１の回転に伴って回転する。
【００７０】
ところで、ウェーブジェネレーター１１６０の両端部には、外周方向に突出した鍔部１６０２が設けられている。この鍔部１６０２は、ウェーブジェネレーター１１６０の外周に配置されるフレックススプライン１１６２の脱落を防止するためのものである。分離された鍔部１６０２は、フレックススプライン１１６２が配置された後に、締結ボルトＦＢによって固定される。
【００７１】
フレックススプライン１１６２は、ウェーブジェネレーター１１６０の回転に合わせて変形可能なたわみを有する環状部材であり、その外周面にはギア歯１１６２ｔが形成されている。また、フレックススプライン１１６２の内周面には、ウェーブジェネレーター１１６０の回転を円滑にするためのベアリング１１６１が配置されている。
【００７２】
サーキュラスプライン１１６５は、ローター１１２１の凹部１２１２に収容されるとともに、内側にフレックススプライン１１６２を収容する前段部１６５１と、中心軸２３０が挿通されるとともに、ベベルギア１０２１の回転軸が接続される後段部１６５２とを有している。前段部１６５１は、内周面にフレックススプライン１１６２のギア歯１１６２ｔと噛み合うギア歯１１６５ｔが形成されている。後段部１６５２には、中心軸２３０との間に、サーキュラスプライン１１６５を回動可能とするための軸受け部２４０が配置される。
【００７３】
ハーモニックドライブ機構は、一般に、バックラッシュを省略可能であるため、高精度な回転の伝達が可能である。第３実施例の動力発生装置１１００Ｃであれば、ハーモニックドライブ機構を構成する回転機構部１１３０Ｃが、ローター１２１の凹部１２１２に一体的に収容されている。そのため、この動力発生装置１１００Ｃによれば、コンパクトで動作精度の高いアクチュエーターやマニピュレーターを構成することが可能である。
【００７４】
ハーモニックドライブ機構においても、第２の実施例の遊星ギアと同様に、ウェーブジェネレーター１１６０、フレックススプライン１１６２、サーキュラスプライン１１６５の３つのうちのいずれか１つを入力部とし、残り２つのうちの１つを固定部とし、残る１つを出力部としてもよい。これにより、ハーモニックドライブ機構を、減速機あるいは増速機として用いることが可能となる。また、フレックススプライン１１６２にダイヤフラムを接続し、フレックススプライン１１６２の代わりにダイヤフラム入力部、固定部、出力部としてもよい。
【００７５】
図１７は、本発明の第６実施例としての動力発生装置１１００Ｅの構成を示す概略図である。この動力発生装置１１００Ｅは、サイクロ機構とモーターとを一体化した構成を有しており、負荷接続部１１３３に回転駆動力を伝達する。動力発生装置１１００Ｅは、以下の点が第３実施例の動力発生装置１１００と異なる。すなわち、この動力発生装置１１００Ｅは、ローター１１２１の凹部１２１２に、回転機構部１１３０Ｅとして、サイクロ機構を備えている。
【００７６】
サイクロ機構は、偏心体１１８０、１１８５と、曲線板１１８１と、外ピン１１８２と、内ピン１１８３と、ベアリング１８１４と、を備える。曲線板１１８１は、略円盤形状を有しており、中心部に中心孔１８１０を有し、中心孔１８１０の周りに８個の内ピン孔１８１１を有する。内ピン孔１８１１は、円周上に４５度間隔で配置されている。曲線板１１８１の外周は、エピトコロイド平行線形状を有している。本実施例では、エピトコロイド平行線形状の山の数は９個であり、４０度回転させるとエピトコロイド平行線形状が重なる。なお、本実施例では、サイクロ機構は曲線板１１８１を２つ備えており、１８０度ずれている。その結果、一方の曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凸部が、他方の曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凹部に位置する。
【００７７】
外ピン１１８２は、ケーシング１１２２に接続されており、曲線板１１８１側が略円形に形成されている部材である。外ピン１１８２は、円柱形の棒であってもよい。図１７では２本しか示していないが、外ピン１１８２は、本実施例では、１０本あり、曲線板１１８１の外周に接するように円周上に３６度間隔で配置されている。
【００７８】
内ピン１１８３は、負荷接続部１１３３に接続された円柱形の棒である。内ピン１１８３は、内ピン孔１８１１の数と同じ数（８本）あり、円周上に４５度間隔で配置されている。内ピン１１８３の太さは内ピン孔１８１１の大きさよりも細く形成されており、内ピン１１８３は内ピン孔１８１１の中に挿入されている。なお、内ピン１１８３が配置される円周と、内ピン孔１８１１が配置される円周は、同じ大きさである。
【００７９】
偏心体１１８０、１１８５は、それぞれ円柱形状を有しており、ローター１１２１に接続されている。偏心体１１８０の中心は、偏心体１１８０の回転中心とずれている。偏心体１１８５についても同様である。
【００８０】
モーター部１１２０がローター１１２１を回転させると、偏心体１１８０が回転する。偏心体１１８０の中心は、偏心体１１８０の回転中心とずれているので、偏心回転する。偏心体１１８０の外側が曲線板１１８１の中心孔１８１０に作用し、曲線板１１８１を動かす。このとき、曲線板１１８１は、外ピン１１８２により規制されて、偏心回転する。曲線板１１８１の偏心回転に伴い曲線板１１８１の内ピン孔１８１１も偏心回転する。内ピン孔１８１１は、内ピン１１８３に作用して、負荷接続部１１３３ごと内ピン１１８３を回転させる。
【００８１】
本実施例では、偏心体１１８０が一回転すると、曲線板１１８１が１／９回転する。例えば、曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凸部の数をｎ個、外ピンの数を（ｎ＋１）本とすると、偏心体１１８０が一回転すると、曲線板１１８１が１／ｎ回転する。したがって、極めて大きな減速比を得ることが出来る。また、外ピン１１８２によって滑り接触が転がり接触に変換されるので、機械的損失が非常に小さく、極めて高いギア効率を得ることが可能となる。
【００８２】
図１８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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。
【００８３】
図１９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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。
【００８４】
図２０は、本発明の変形例による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３５９０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、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。
【００８５】
図２１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、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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することができる。
【００８６】
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】
【００８７】
１０…コアレスモーター
１５…ステーター
２０…ローター
１００、１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１１０…ケーシング
１１５…コイルバックヨーク
１２１…ローター
１２２…ケーシング
１１３３…負荷接続部
２００…永久磁石
２０１…未着磁磁石
２１５…磁石サイドヨーク
２３０…中心軸
２３１Ａ、２３１Ｂ…炭素繊維
２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ…炭素繊維束
２３３…炭素繊維織布
２３３ａ…幅広部
２３３ｂ…幅狭部
２３３ｃ…切り抜き部
２３５…パイプ
２３６…磁石バックヨーク
２３８…バランス錘
２３９…貫通孔
２４０…部
２４１…リング
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー（位置検出部）
３１０…回路基板
４００…分離内枠型
４０５…加圧枠型
４１０…外枠型
４３０…外金型
４３１…樹脂注入口
４３２…空気排出口
１０１０…ロボットアーム
１０１１〜１０１４…基体部
１０２１、１０２２…ベベルギア
１０２５…導電線束
１１００…動力発生装置
１１００Ｃ…動力発生装置
１１００Ｅ…動力発生装置
１１１４…固定用ボルト
１１１５…スペーサー
１１２０…モーター部
１１２１…ローター
１１２１ｔ…ギア歯
１１２２…ケーシング
１１３０、１１３０Ｃ、１１３０Ｅ…回転機構部
１１３１…ギア固定部
１１３１ｔ…ギア歯
１１３２…プラネタリーギア
１１３２ｓ…回転軸
１１３２ｔ…ギア歯
１１３３…負荷接続部
１１６０…ウェーブジェネレーター
１１６０ｔ…ギア歯
１１６１…ベアリング
１１６２…フレックススプライン
１１６２ｔ…ギア歯
１１６５…サーキュラスプライン
１１６５ｔ…ギア歯
１１８０…偏心体
１１８１…曲線板
１１８２…外ピン
１１８３…内ピン
１１８５…偏心体
１２１１…貫通孔
１２１２…凹部
１２１３…ローターギア（隔壁）
１２１５…磁石バックヨーク
１２２１…貫通孔
１３１１…アウターギア
１３１２…鍔部
１３１３…開口部
１３３１…貫通孔
１３３２…軸孔
１６０１…貫通孔
１６０２…鍔部
１６５１…前段部
１６５２…後段部
１８１０…中心孔
１８１１…内ピン孔
１８１４…ベアリング
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
３５９０…把持部
Ｊ１〜Ｊ３…関節部
ＦＢ…締結ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、ロボット、移動体及び電気機械装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空回転軸を備え、中空部に配線を通しているモーター（電動モーター）を用いた産業用ロボットの旋回装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０７８４２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ローター部は、捻れ強度が要求されるため、電動モーターを軽量化するための樹脂化については、十分に検討されてこなかった。
【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、ローター部を樹脂化するとともに、捻れ強度を強く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］
電気機械装置であって、中心軸と、前記中心軸の外周に沿って配置されたローター磁石を有するローターと、前記ローターの外周に配置されたステーターと、を備え、前記中心軸は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記中心軸から、前記ローター磁石に向かって放射方向に投影したとき、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、前記中心軸の方向との為す角が４５°である、電気機械装置。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角が４５°であるので、中心軸の捻れ強度を強くすることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１の記載の電気機械装置において、前記中心軸の炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維が平らに束ねられた炭素繊維束を四つ目編みして形成した織布を樹脂で筒状に固めている、電気機械装置。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角を４５°にすることができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【００１０】
［適用例４］
適用例１または２に記載の電気機械装置を備える移動体。
【００１１】
［適用例５］
適用例４に記載の移動体において、前記移動体は車両である、移動体。
【００１２】
［適用例６］
電気機械装置の製造方法であって、炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、管状に巻く工程と、前記織布を炭素繊維強化プラスチックで固めて中心軸を製造する工程と、前記中心軸の周りに永久磁石を配置する工程と、前記中心軸と前記永久磁石とを樹脂でモールドしてローターを形成する工程と、前記ローターを、電磁コイルを有するステーターに組み付ける工程と、を備える、電気機械装置の製造方法。
この適用例によれば、炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、中心軸の方向との為す角が４５°とした中心軸を有する電気機械装置を容易に製造することができる。
【００１３】
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、モーターや発電装置などの電気機械装置のほか、それを用いたロボット、電気機械装置の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施例におけるコイルバックヨークの厚みとコイルバックヨーク表面の磁束密度の関係を示すグラフである。
【図３】中心軸を形成する材料である炭素繊維の織布を示す説明図である。
【図４】炭素繊維織布の巻方向と、中心軸のねじれ破断トルクと、の関係を示す説明図である。
【図５】炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。
【図６】炭素繊維織布から中心軸２３０を製造する工程を示す説明図である。
【図７】炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。
【図８】図７に示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。
【図９】炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。
【図１０】図９示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。
【図１１】ローター２０の製造工程を示す説明図である。
【図１２】第２の実施例の動力発生装置１１００の内部構成を示す概略断面図である。
【図１３】サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の入出力別と増減速の関係を示す説明図である。
【図１４】第３の実施例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施例としてのロボットアーム１０１０（「ロボットハンド」とも呼ぶ。）の構成を示す概略図である。
【図１６】本発明の第５実施例としての動力発生装置１１００Ｃの構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の第６実施例としての動力発生装置１１００Ｅの構成を示す概略図である。
【図１８】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１９】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２０】本発明の変形例による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２１】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】
【００１５】
［第１の実施例］
図１は、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を中心軸２３０に平行な面（図１（Ｂ）の１Ａ−１Ａ切断面）で切った断面であり、図１（Ｂ）は、コアレスモーターを中心軸２３０に垂直な面（図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ切断面）で切った断面である。
【００１６】
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インナーローター型モーターである。ステーター１５は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、ケーシング１１０と、コイルバックヨーク１１５と、磁気センサー３００とを備えている。ローター２０は、中心軸２３０と、永久磁石２００と、磁石サイドヨーク２１５と、磁石バックヨーク２３６と、軸受け２４０と、波バネ座金２６０と、を備えている。
【００１７】
ローター２０は、中心に中心軸２３０を有しており、中心軸２３０の外周には、磁石バックヨーク２３６が配置されている。磁石バックヨーク２３６の外周には、６つの永久磁石２００が配置されている。６個の永久磁石２００は、中心軸２３０の中心から外部に向かう方向（放射方向）に磁化された永久磁石２００と、中心から外部に向かう方向（中心方向）に磁化された永久磁石２００とを含んでおり、磁化方向が中心方向である永久磁石２００と、磁化方向が放射方向である永久磁石２００は、円周方向に沿って交互に配置されている。永久磁石２００の中心軸２３０方向の端部には、磁石サイドヨーク２１５が設けられている。磁石サイドヨーク２１５は、軟磁性体材料で形成された円盤状の部材である。永久磁石２００からでた磁束のうち、中心軸２３０方向に漏れ出た磁束は、磁石サイドヨーク２１５を通りやすい。中心軸２３０は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、貫通孔２３９を有している。中心軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け部２４０で支持されてケーシング１１０に取り付けられている。また、本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０が設けられており、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は省略可能である。
【００１８】
ケーシング１１０は、略円筒形をした筐体である。ケーシングの内周に沿って、二相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが配列されている。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、有効コイル領域とコイルエンド領域とを有している。ここで有効コイル領域とは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向のローレンツ力を与える領域であり、コイルエンド領域は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向と異なる方向のローレンツ力を与える領域である。ただし、コイルエンド領域は、有効コイル領域を挟んで２つあり、それぞれのローレンツ力は、大きさが同じで、向きが反対であるので、打ち消し合う。有効コイル領域においては、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、回転軸とほぼ平行な方向であり、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、回転方向と平行である。また、有効コイル領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、永久磁石２００と重なっているが、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、永久磁石２００と重なっていない。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００とも呼ぶ。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂとケーシング１１０との間には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。コイルバックヨーク１１５の中心軸２３０方向の長さは、永久磁石２００の中心軸２３０方向の長さとほぼ同じである。中心軸２３０からコイルバックヨーク１１５に向かって放射方向に放射線を引いたとき、放射線は、永久磁石２００をちょうど貫く。すなわち、コイルバックヨーク１１５と永久磁石２００は、重なっている。
【００１９】
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１００Ａ、１００Ｂの各相に１つずつ配置されている。なお、図１（Ａ）では、一方の磁気センサー３００のみを表示している。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。ここで、磁気センサー３００は、コイルエンド領域から、中心軸２３０に垂線を降ろしたときの垂線上に配置されている。
【００２０】
図２は、第１の実施例における磁石バックヨークの厚みと永久磁石２００で、コイルバックヨーク１１５側表面の磁束密度の関係を示すグラフである。図２からわかるように、磁石バックヨーク２３６の厚さを厚くすると、磁石表面の磁束密度は大きくなる。しかし、磁石バックヨーク２３６の厚みが２ｍｍ以上のときの磁石表面の磁束密度は、磁石バックヨーク２３６の厚みが２ｍｍの時の磁束密度とほとんど同じ大きさである。すなわち、磁石バックヨーク２３６を２ｍｍ以上に厚くしても、磁石表面の磁束密度は、大きくならない。
【００２１】
図３は、中心軸を形成する材料である炭素繊維の織布を示す説明図である。炭素繊維織布２３３は、炭素繊維束２３２Ａ、２３２Ｂが交差するように四つ目編みされて形成されている。ここで、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂは同じ物であり、符号を変えているのは、四つ目編みする時に縦と横とを区別するためである。両者を区別しない場合には、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂを、炭素繊維束２３２と呼ぶ。炭素繊維束２３２は、炭素繊維２３１が細長い平面上に束ねられて形成されている。
【００２２】
炭素繊維織布２３３の右側に示した矢印は、炭素繊維織布２３３の巻方向を示している。炭素繊維織布２３３の巻方向は、丸められた中空円筒状の炭素繊維織布の中心軸と垂直な方向である。本実施例の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きと、炭素繊維織布２３３の巻方向との為す角の大きさを、巻方向の角度と呼ぶ。例えば、巻方向の角度が９０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と９０°（垂直）となり、丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸と平行となる。このとき、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と平行となる。同様に、巻方向の角度が６０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と６０°の角を為しており、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と３０°（＝９０°―６０°）の角を為している。巻方向の角度が４５°の場合、炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向き、炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、いずれも、炭素繊維織布２３３の巻方向と４５°の角を為している。なお、また、炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂの向きと丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸との為す角も４５°である。一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａからみて９０°、６０°の角度は、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂから見れば、それぞれ０°、３０°の角度となる。ここで、炭素繊維束２３２Ａと炭素繊維束２３２Ｂは交換可能である。したがって、巻方向の角度が６０°の場合は、巻方向の角度が３０°の場合と同じである。以下では、炭素繊維２３１Ａの方向と、炭素繊維織布２３３の巻方向が為す角を「巻角度」とも呼ぶ。
【００２３】
図４は、炭素繊維織布の巻方向と、中心軸のねじれ破断トルクと、の関係を示す説明図である。図４から、巻角度が４５°となるように、炭素繊維織布２３３（図３）を丸めることにより、ねじれ破断トルクを最大にすることができる。
【００２４】
図５は、炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。まず、工程（Ａ）では、炭素繊維２３１を準備し、炭素繊維２３１を束ねて細長い炭素繊維束２３２を製造する。次に、工程（Ｂ）では、炭素繊維束２３２を四つ目編みして炭素繊維織布２３３を製造する。図５では、炭素繊維束２３２が四つ目編みに編まれていく様子が示されている。その後、工程（Ｃ）では、炭素繊維織布２３３を長方形形状に切断する。このとき、長方形の各辺と、炭素繊維の向きが４５°となるように切断する。
【００２５】
図６は、炭素繊維織布から中心軸２３０を製造する工程を示す説明図である。工程（Ｄ）では、分離内枠型４００の外周に剥離剤を塗布し、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３を巻き付ける。本実施例では、分離内枠型４００は、４つに分割可能であり、分離内枠型４００が合体した形状は、円筒形である。なお、分離内枠型４００の内部は空洞である。炭素繊維織布２３３を巻き方向は、炭素繊維織布２３３の炭素繊維２３１（図５）と４５°の角度となる方向である。すなわち、図５の工程（Ｃ）で製造された炭素繊維織布２３３の短辺または長辺が、分離内枠型４００により形成される円筒の軸方向と平行となるようにすればよい。
【００２６】
工程（Ｅ）では、外枠型４１０の内周に剥離剤を塗布したのち、外枠型４１０の内側に炭素繊維織布２３３が巻かれた分離内枠型４００を挿入する。次の工程（Ｆ）では、分離内枠型４００の内部の空洞に加圧枠型４０５を挿入する。このとき、外枠型４１０及び加圧枠型４０５から加熱する。加圧枠型４０５は、例えば円錐台の形状を有しており、細い方から分離内枠型４００の内部の空洞に、分離内枠型の両側から挿入していくことにより、分離内枠型４００を外枠型４１０の方に加圧することができる。これにより、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３は、加熱圧縮される。
【００２７】
工程（Ｇ）では、外枠型４１０を外す。外枠型４１０の内周には剥離剤が塗布されているので、外枠型４１０は、容易に取り外すことが可能である。工程（Ｈ）では、加圧枠型４０５を抜き、工程（Ｉ）では、分離内枠型４００を１つずつ外していく。これにより、炭素繊維強化プラスチックにより形成された中心軸２３０を形成することができる。
【００２８】
図７は、炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。この炭素繊維織布２３３は、２つの長方形形状の幅広部２３３ａ、幅狭部２３３ｂを有している。具体的には、幅広部２３３ａに、幅広部２３３ａよりも幅の細い幅狭部２３３ｂが付加された形状を有している。
【００２９】
図８は、図７に示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。図７に示す炭素繊維織布２３３は、長方形の幅広部２３３ａに加えて、細い幅狭部２３３ｂを有しているため、図６に示す工程に従って分離内枠型４００に炭素繊維織布２３３を巻くと、細い幅狭部２３３ｂの部分において、さらに炭素繊維織布が厚く巻かれることになり、その部分において中心軸２３０の厚さが厚くなる。なお、幅広部２３３ａと幅狭部２３３ｂは、１枚で構成されていても良く、幅広部２３３ａと幅狭部２３３ｂとが分かれて２枚で構成されていてもよい。なお、この場合、外枠型４１０は、炭素繊維織布２３３の厚さに応じて、異なる内径の外枠型４１０を用いる。この厚い部分は、例えば軸受け停止用の突起として機能させることができる。
【００３０】
図９は、炭素繊維織布の形状を変形させた例を示す説明図である。この炭素繊維織布２３３は、図７に示す炭素繊維織布２３３の幅狭部２３３ｂの部分に切り抜き部２３３ｃを有している。
【００３１】
図１０は、図９示す炭素繊維織布２３３を用いて形成した中心軸を示す説明図である。図９に示す炭素繊維織布２３３は、細い炭素繊維織布２３３ｂを有しているため、図８に示したのと同様に、細い炭素繊維織布２３３ｂの部分において、中心軸２３０の厚さが厚くなる。さらに、空間２３３ｃに相当する位置に空間（中空室）が形成されている。
【００３２】
図１１は、ローター２０の製造工程を示す説明図である。工程（Ａ）では、中心軸２３０を準備する。この中心軸２３０は、図５、６に示す工程により製造することができる。工程（Ｂ）では、中心軸２３０に軸受停止軸用のパイプ２３５を嵌めこむ。このパイプ２３５も中心軸２３０と同様に、図５、６に示す工程により製造することができる。パイプ２３５部分は 中心軸２３０の直径が大きくなる。後の工程で、この部分に永久磁石２００（図１）が配置され、パイプ２３５の両端部に軸受け２４０（図１）が配置される。
【００３３】
工程（Ｃ）では、パイプ状の磁石バックヨーク２３６の中に工程（Ｂ）で製造した中心軸２３０を挿入する。このとき、パイプ２３５が、磁石バックヨーク２３６とほぼ重なる位置（同等位置）まで挿入する。磁石バックヨーク２３６は、例えば、Ｂ−Ｈ特性でＢが大きく、Ｈが最小となる軟磁性体材料で、鉄損失の少ない積層鋼板材で形成されている。
【００３４】
工程（Ｄ）では、極異方性磁石の未着磁状態の磁石２０１（以下「未着磁磁石２０１」と呼ぶ。）を磁石バックヨーク２３６と同等の位置に挿入する。この未着磁磁石２０１は、後の工程で外部から着磁されることにより、永久磁石２００に変化する。
【００３５】
工程（Ｅ）では、未着磁磁石２０１と中心軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。先ず、未着磁磁石２０１の両端部に磁石サイドヨーク２１５を配置し、さらに、外金型４３０を配置する。外金型４３０は、樹脂注入口４３１と、空気排出口４３２とを備えている。樹脂注入口４３１から樹脂を注入して加圧、加熱し、未着磁磁石２０１と中心軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。
【００３６】
工程（Ｆ）では、外金型４３０を取り外したのち、バランス調整用のバランス錘２３８を貼り付ける。なお、樹脂の一部を削ってバランスをとってもよい。
【００３７】
工程（Ｇ）では、例えば誘導コイルを用いて、未着磁磁石２０１に対して外部から着磁する。樹脂でモールドする前に着磁しても、モールド時の熱で磁力が弱くなる恐れがあるので、樹脂でモールドした後に着時することが好ましい。工程（Ｈ）では、軸受け２４０をパイプ２３５により止まる位置まで挿入する。以上により、ローター２０を製造することができる。
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、樹脂製で、捻れ強度の強い中心軸２３０を製造することができる。
【００３９】
［第２の実施例］
図１２は、第２の実施例の動力発生装置１１００の内部構成を示す概略断面図である。動力発生装置１１００は、中心軸２３０と、モーター部１１２０と、回転機構部１１３０とを備える。モーター部１１２０と回転機構部１１３０とは、後述するように、互いに勘合して一体化するように配置され、中心軸２３０は、一体化されたモーター部１１２０と回転機構部１１３０の中央を貫通するように配置される。中心軸２３０は、軸方向に延びる貫通孔２３９を有しており、貫通孔２３９には、導電線束１０２５が挿通されている。中心軸２３０は、上述したように、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されている。
【００４０】
モーター部１１２０は、ローター１１２１と、ケーシング１１２２とを備える。モーター部１１２０は、以下に説明するように、ラジアルギャップ型の構成を有している。ローター１１２１の本体部は略円盤形状を有しており、その本体部の側壁の外周面には、永久磁石２００が円筒形に配列されている。永久磁石２００の磁束の方向は、放射方向である。なお、永久磁石２００の裏側の面（ローター１１２１の側壁側の面）には、磁力効率を向上させるための磁石バックヨーク１２１５が配置されている。
【００４１】
ローター１１２１は、その中央に中心軸２３０を挿通させるための貫通孔１２１１を有している。なお、貫通孔１２１１の内壁面と、中心軸２３０の外周面との間には、ローター１１２１が中心軸２３０を中心に回転可能とするための軸受け２４０が配置されている。軸受け２４０は、例えば、ボールベアリングによって構成することができる。
【００４２】
ローター１１２１の回転機構部１１３０と対向する側の面には、貫通孔１２１１を中心とする略円環状の溝として形成された凹部１２１２が設けられている。貫通孔１２１１と凹部１２１２とを隔てる略円筒状の隔壁１２１３の外側の壁面には、ギア歯１１２１ｔが形成されている。以後、このローター１１２１の中央に設けられたギア歯１１２１ｔを有する隔壁１２１３を「ローターギア１２１３」と呼ぶ。後述するように、本実施例におけるローターギア１２１３は、遊星ギアのサンギアとして機能する。
【００４３】
ケーシング１１２２は、回転機構部１１３０と対向する側の面が開放された略円筒形状の中空容体であり、ローター１１２１を収容する。ケーシング１１２２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ；carbon fiber reinforced plastics）などの樹脂材料によって構成されるものとしても良い。これによって、動力発生装置１１００の軽量化が可能である。
【００４４】
ケーシング１１２２の底面の中央には、中心軸２３０を挿通するための貫通孔１２２１が形成されている。中心軸２３０とケーシング１１２２とは互いに固定的に取り付けられる。なお、ケーシング１１２２の外側には、中心軸２３０の保持性を向上させるための軸受けリング２４１が勘合的に取り付けられている。
【００４５】
ケーシング１１２２の内周面には、電磁コイル１００（１００Ａ、１００Ｂ）が、ローター１１２１の永久磁石２００と間隔を有しつつ対向するように円筒形に配列されている。即ち、モーター部１１２０では、電磁コイル１００がステーターとして機能し、中心軸２３０を中心としてローター１１２１を回転させる。なお、電磁コイル１００とケーシング１１２２との間には、磁力効率を向上させるためのコイルバックヨーク１１５が配置されている。
【００４６】
ケーシング１１２２の底面には、永久磁石２００の位置を検出する位置検出部３００（「磁気センサー３００」とも呼ぶ。）と、ローター１１２１の回転を制御するための回転制御回路を備える回路基板３１０が設けられている。位置検出部３００は、例えば、ホール素子によって構成され、永久磁石２００の周回軌道の位置に対応するように配置されている。位置検出部３００は、回路基板３１０上に配置され、または信号線を介して接続されている。
【００４７】
回路基板３１０には、導電線束１０２５から分岐した導電線が接続されている。また、回路基板３１０は、電磁コイル１００と電気的に接続されている。回路基板３１０は、位置検出部３００が出力する検出信号を動力発生装置１１００の駆動を制御する制御部（図示せず）に送信する。また、回路基板３１０の回転制御回路は、制御部からの制御信号に従って、電磁コイル１００に電力を供給して磁界を発生させ、ローター１１２１を回転させる。
【００４８】
回転機構部１１３０は、ローター１１２１のローターギア１２１３とともに遊星ギア機構を構成し、減速機として機能する。回転機構部１１３０は、ギア固定部１１３１と、３個のプラネタリーギア１１３２と、負荷接続部１１３３とを備える。なお、図１３では便宜上、２個のプラネタリーギア１１３２のみを図示してある。
【００４９】
ギア固定部１１３１は、内壁面にギア歯１１３１ｔが設けられた略円環状のギアであるアウターギア１３１１と、アウターギア１３１１の外周に突出した鍔部１３１２とを有している。ギア固定部１１３１は、鍔部１３１２と、モーター部１１２０のケーシング１１２２の側壁端面とを固定用ボルト１１１４によって締結することにより、モーター部１１２０に固定的に取り付けられる。
【００５０】
ギア固定部１１３１のアウターギア１３１１は、ローター１１２１の凹部１２１２に収容される。また、アウターギア１３１１の内周面と、ローターギア１２１３の外周面との間には、３個のプラネタリーギア１１３２が、ローターギア１２１３の外周に沿って、ほぼ等間隔で配置される。なお、プラネタリーギア１１３２のギア歯１１３２ｔと、アウターギア１３１１のギア歯１１３１ｔおよびローターギア１２１３のギア歯１１２１ｔとが互いに噛み合うことにより、これら３種のギア１２１３，１１３２，１３１１は連結される。
【００５１】
負荷接続部１１３３は、プラネタリーキャリアとして機能する略円筒形状の部材である。負荷接続部１１３３の底面の中央には、中心軸２３０を挿通する貫通孔１３３１が設けられている。貫通孔１３３１の内壁面と、中心軸２３０の外周面との間には、負荷接続部１１３３が中心軸２３０を中心に回転可能とするための軸受け２４０が配置されている。なお、負荷接続部１１３３に取り付けられた軸受け２４０と、ローター１１２１に取り付けられた軸受け２４０との間には、スペーサー１１１５が配置される。
【００５２】
ここで、ギア固定部１１３１の中央部には、アウターギア１３１１の内周空間に連通する略円形形状の開口部１３１３が形成されており、負荷接続部１１３３は、その開口部１３１３に配置される。負荷接続部１１３３のモーター部１１２０側（図１３の紙面右側）の底面には、ローター１１２１の凹部１２１２に収容されたプラネタリーギア１１３２の回転軸１１３２ｓを回転可能に保持するための軸孔１３３２が形成されている。
【００５３】
負荷接続部１１３３の外側（図１２の紙面左側）の底面には、中心軸２３０の保持性を向上させるための軸受けリング２４１が勘合的に取り付けられている。負荷接続部１１３３の外側の底面には、さらに、負荷であるベベルギア１０２１の回転軸が、固定用ボルト１１１４によって固定されている。本実施例では、負荷接続部１１３３は、中心軸２３０と固定されていないので、負荷接続部１１３３に負荷がかかっても、中心軸２３０には、捻れトルクがかからない。
【００５４】
図１３は、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の入出力別と増減速の関係を示す説明図である。本実施例では、回転機構部１１３０は、遊星ギアを有しているが、遊星ギアにおいては、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）の３つのうちの１つを入力部とし（ローター１１２１と一体的に設けられ、あるいは接続され）、残り２つのうちの１つを出力部とし（負荷接続部１１３３と一体的に設けられ、あるいは接続され）、残りの１つを固定部としても（ステーター（ケーシング１１２２）と一体に設けられ、あるいは接続されても）よい。遊星ギアでは、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）とプラネタリーキャリア（ＰＣ）とを、入力部と固定部と出力部と、のどれに割り当てるかにより、遊星ギアを減速機あるいは増速機として用いることが決めることが出来る。逆に言えば、遊星ギアを、減速機あるいは、増速機として用いるかにより、入力部、固定部、出力部をどれにするかを決定することになる。また、そのときの減速比（増速比）は、サンギア（ＳＧ）とアウターギア（ＯＧ）の歯数により決定することが出来る。サンギアの歯数をＺａ、アウターギアの歯数をＺｃとすると、各状態における減速比及び入力部の回転方向に対する出力部の回転方向は、図１３に示す関係を有している。
【００５５】
以上、本実施例によれば、中心軸２３０は、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されているので、中心軸２３０の捻れ強度を強くすることが可能となる。なお、本実施例では、中心軸２３０に直接負荷が掛からない構成になっているので、中心軸２３０の捻れ強度の強化の効果が大きい。
【００５６】
［第３の実施例］
図１４は、第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例は、第２の実施例と比較すると、以下の点が異なっている。第３の実施例では、ケーシング１１２２と中心軸２３０との間に軸受け２４０が配置されている。すなわち、中心軸２３０は、ケーシング１１２２に対して回転可能に形成されている。また、負荷接続部１１３３と中心軸２３０とが接続されている。これにより負荷接続部１１３３とともに、中心軸２３０が回転する。すなわち、第３の実施例では、第２の実施例よりも、中心軸２３０に捻れ負荷が多く掛かる構成になっている。しかし、炭素繊維の向きが軸の方向と４５°の角度である炭素繊維織布を樹脂で固めた炭素繊維強化プラスチックで形成されているので、中心軸２３０の捻れ強度を強くすることが可能となるため、第３の実施例のような中心軸２３０に捻れ負荷が多く掛かる構成であっても、十分な捻れ強度を備えている。
【００５７】
なお、本実施例では、負荷接続部１１３３に負荷が接続される構成であるが、中心軸２３０に負荷が接続される構成を採用してもよい。この場合、中心軸２３０と負荷接続部１１３３とは、一体と考えることも出来る。
【００５８】
［第４の実施例］
図１５、は本発明の一実施例としてのロボットアーム１０１０（「ロボットハンド」とも呼ぶ。）の構成を示す概略図である。図１５（Ａ）は、ロボットアーム１０１０の変形態様を示す模式図であり、変形前のロボットアーム１０１０と、変形後のロボットアーム１０１０とが図示されている。なお、図１５（Ａ）には、互いに直交する３次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。
【００５９】
ロボットアーム１０１０は、４つの基体部１０１１〜１０１４を備える。４つの基体部１０１１〜１０１４はそれぞれ、第１〜第３の関節部Ｊ１〜Ｊ３を介して、互いに直列に連結されている。以後、ロボットアーム１０１０において、第１の基体部１０１１側を「後端側」と呼び、第４の基体部１０１４側を「先端側」と呼ぶ。
【００６０】
ロボットアーム１０１０は、各関節部Ｊ１〜Ｊ３における回動により、各基体部１０１１〜１０１４の連結角度が変わり、全体として湾曲状の形態に変形する。なお、図１５（Ａ）では、ロボットアーム１０１０の変形後の態様として、ロボットアーム１０１０が紙面上側に向かって湾曲した状態が図示されている。
【００６１】
図１５（Ｂ）は、ロボットアーム１０１０の内部構成を示す概略断面図である。なお、図１５（Ｂ）には、図１５（Ａ）と対応するように三次元矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。各基体部１０１１〜１０１４の内部は中空であり、各関節部Ｊ１〜Ｊ３の動力源である動力発生装置１１００と、動力発生装置１１００からの駆動力が伝達される２つのベベルギア（かさ歯車）１０２１，１０２２と、が収容されている。以下では、第１と第２の基体部１０１１，１０１２を連結する第１の関節部Ｊ１の構成について説明する。なお、第２と第３の基体部１０１２，１０１３を連結する第２の関節部Ｊ２および第３と第４の基体部１０１３，１０１４を連結する第３の関節部Ｊ３の構成は、第１の関節部Ｊ１の構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００６２】
動力発生装置１１００は、電磁力により回転駆動力を発生するモーターを有している。動力発生装置１１００の内部構成については第２，３の実施例のところですでに説明している。動力発生装置１１００は、第１の基体部１０１１の先端側に配置されており、第１のベベルギア１０２１の回転軸と接続されている。第１のベベルギア１０２１は、その回転軸が第１と第２の基体部１０１１，１０１２の境界を貫通するように配置され、回転軸の先端に設けられた歯車部（ギア部）が第２の基体部１０１２内に配置されている。
【００６３】
第２のベベルギア１０２２は、第２の基体部１０１２の後端側において、そのギア部が第１のベベルギア１０２１のギア部と連結するように、第２の基体部１０１２の内壁面に固定的に取り付けられている。動力発生装置１１００から伝達された回転駆動力によって、第１のベベルギア１０２１が回転する。第１のベベルギア１０２１の回転により、第２のベベルギア１０２２が回転し、第２の基体部１０１２が回動する。
【００６４】
ところで、ロボットアーム１０１０の内部には、各動力発生装置１１００に電力や制御信号を送信するための導電線の束である導電線束１０２５が挿通されている。具体的には、導電線束１０２５は、後端側から第１の基体部１０１１の内部に挿通され、その一部の導電線が分岐して第１の基体部１０１１内の動力発生装置１１００の接続部に接続される。そして、残りの導電線束１０２５は、動力発生装置１１００の中央を通る貫通孔２３９（図１３参照）と、第１のベベルギア１０２１の中心軸を貫通する貫通孔（図示は省略）とを通って、第２の基体部１０１２へと延びる。
【００６５】
導電線束１０２５は、第２の基体部１０１２においても、同様に配設されている。即ち、第２の基体部１０１２内部に挿通された導電線束１０２５は、その一部が動力発生装置１１００に接続され、残りが、動力発生装置１１００および第１のベベルギア１０２１の内部を通って、第３の基体部１０１３へと挿通される。そして、第３の基体部１０１３に挿通された導電線束１０２５は、動力発生装置１１００に接続される。
【００６６】
導電線束１０２５が各関節部Ｊ１〜Ｊ３において外部に露出されていと、ロボットアームの変形に伴って、各関節部Ｊ１〜Ｊ３において、導電線束１０２５が各基体部１０１１〜１０１４に挟まれるなどして劣化してしまう可能性がある。また、導電線束１０２５が外部に露出していることにより、ロボットアームの意匠性を低下させてしまう可能性がある。しかし、本実施例のロボットアーム１０１０であれば、導電線束１０２５の外部に露出していないため、こうした不具合の発生が抑制されている。
【００６７】
［第５の実施例］
図１６は、本発明の第５実施例としての動力発生装置１１００Ｃの構成を示す概略図である。図１４に示す第３の実施例では、遊星ギアにより構成される回転機構部１１３０を備えていたが、第５の実施例では、遊星ギアの代わりにハーモニックドライブ機構を有する回転機構部１１３０Ｃを備えている点が異なる。
【００６８】
この動力発生装置１１００Ｃでは、ローター１１２１の凹部１２１２に、回転機構部１１３０Ｃとして、ハーモニックドライブ機構を構成するウェーブジェネレーター１１６０と、フレックススプライン１１６２と、サーキュラスプライン１１６５とが収容される。ウェーブジェネレーター１１６０は、底面が略長円形形状を有する略楕円筒形状の部材である。
【００６９】
ウェーブジェネレーター１１６０には、その中心軸方向（紙面左右方向）に貫通する貫通孔１６０１が設けられており、貫通孔１６０１の内壁面には、ギア歯１１６０ｔが形成されている。ウェーブジェネレーター１１６０は、貫通孔１６０１にローターギア１２１３を勘合的に収容した状態で、締結ボルトＦＢによってローター１１２１と締結される。これによって、ウェーブジェネレーター１１６０は、ローター１１２１の回転に伴って回転する。
【００７０】
ところで、ウェーブジェネレーター１１６０の両端部には、外周方向に突出した鍔部１６０２が設けられている。この鍔部１６０２は、ウェーブジェネレーター１１６０の外周に配置されるフレックススプライン１１６２の脱落を防止するためのものである。分離された鍔部１６０２は、フレックススプライン１１６２が配置された後に、締結ボルトＦＢによって固定される。
【００７１】
フレックススプライン１１６２は、ウェーブジェネレーター１１６０の回転に合わせて変形可能なたわみを有する環状部材であり、その外周面にはギア歯１１６２ｔが形成されている。また、フレックススプライン１１６２の内周面には、ウェーブジェネレーター１１６０の回転を円滑にするためのベアリング１１６１が配置されている。
【００７２】
サーキュラスプライン１１６５は、ローター１１２１の凹部１２１２に収容されるとともに、内側にフレックススプライン１１６２を収容する前段部１６５１と、中心軸２３０が挿通されるとともに、ベベルギア１０２１の回転軸が接続される後段部１６５２とを有している。前段部１６５１は、内周面にフレックススプライン１１６２のギア歯１１６２ｔと噛み合うギア歯１１６５ｔが形成されている。後段部１６５２には、中心軸２３０との間に、サーキュラスプライン１１６５を回動可能とするための軸受け部２４０が配置される。
【００７３】
ハーモニックドライブ機構は、一般に、バックラッシュを省略可能であるため、高精度な回転の伝達が可能である。第３実施例の動力発生装置１１００Ｃであれば、ハーモニックドライブ機構を構成する回転機構部１１３０Ｃが、ローター１２１の凹部１２１２に一体的に収容されている。そのため、この動力発生装置１１００Ｃによれば、コンパクトで動作精度の高いアクチュエーターやマニピュレーターを構成することが可能である。
【００７４】
ハーモニックドライブ機構においても、第２の実施例の遊星ギアと同様に、ウェーブジェネレーター１１６０、フレックススプライン１１６２、サーキュラスプライン１１６５の３つのうちのいずれか１つを入力部とし、残り２つのうちの１つを固定部とし、残る１つを出力部としてもよい。これにより、ハーモニックドライブ機構を、減速機あるいは増速機として用いることが可能となる。また、フレックススプライン１１６２にダイヤフラムを接続し、フレックススプライン１１６２の代わりにダイヤフラム入力部、固定部、出力部としてもよい。
【００７５】
図１７は、本発明の第６実施例としての動力発生装置１１００Ｅの構成を示す概略図である。この動力発生装置１１００Ｅは、サイクロ機構とモーターとを一体化した構成を有しており、負荷接続部１１３３に回転駆動力を伝達する。動力発生装置１１００Ｅは、以下の点が第３実施例の動力発生装置１１００と異なる。すなわち、この動力発生装置１１００Ｅは、ローター１１２１の凹部１２１２に、回転機構部１１３０Ｅとして、サイクロ機構を備えている。
【００７６】
サイクロ機構は、偏心体１１８０、１１８５と、曲線板１１８１と、外ピン１１８２と、内ピン１１８３と、ベアリング１８１４と、を備える。曲線板１１８１は、略円盤形状を有しており、中心部に中心孔１８１０を有し、中心孔１８１０の周りに８個の内ピン孔１８１１を有する。内ピン孔１８１１は、円周上に４５度間隔で配置されている。曲線板１１８１の外周は、エピトコロイド平行線形状を有している。本実施例では、エピトコロイド平行線形状の山の数は９個であり、４０度回転させるとエピトコロイド平行線形状が重なる。なお、本実施例では、サイクロ機構は曲線板１１８１を２つ備えており、１８０度ずれている。その結果、一方の曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凸部が、他方の曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凹部に位置する。
【００７７】
外ピン１１８２は、ケーシング１１２２に接続されており、曲線板１１８１側が略円形に形成されている部材である。外ピン１１８２は、円柱形の棒であってもよい。図１７では２本しか示していないが、外ピン１１８２は、本実施例では、１０本あり、曲線板１１８１の外周に接するように円周上に３６度間隔で配置されている。
【００７８】
内ピン１１８３は、負荷接続部１１３３に接続された円柱形の棒である。内ピン１１８３は、内ピン孔１８１１の数と同じ数（８本）あり、円周上に４５度間隔で配置されている。内ピン１１８３の太さは内ピン孔１８１１の大きさよりも細く形成されており、内ピン１１８３は内ピン孔１８１１の中に挿入されている。なお、内ピン１１８３が配置される円周と、内ピン孔１８１１が配置される円周は、同じ大きさである。
【００７９】
偏心体１１８０、１１８５は、それぞれ円柱形状を有しており、ローター１１２１に接続されている。偏心体１１８０の中心は、偏心体１１８０の回転中心とずれている。偏心体１１８５についても同様である。
【００８０】
モーター部１１２０がローター１１２１を回転させると、偏心体１１８０が回転する。偏心体１１８０の中心は、偏心体１１８０の回転中心とずれているので、偏心回転する。偏心体１１８０の外側が曲線板１１８１の中心孔１８１０に作用し、曲線板１１８１を動かす。このとき、曲線板１１８１は、外ピン１１８２により規制されて、偏心回転する。曲線板１１８１の偏心回転に伴い曲線板１１８１の内ピン孔１８１１も偏心回転する。内ピン孔１８１１は、内ピン１１８３に作用して、負荷接続部１１３３ごと内ピン１１８３を回転させる。
【００８１】
本実施例では、偏心体１１８０が一回転すると、曲線板１１８１が１／９回転する。例えば、曲線板１１８１のエピトコロイド平行線形状の凸部の数をｎ個、外ピンの数を（ｎ＋１）本とすると、偏心体１１８０が一回転すると、曲線板１１８１が１／ｎ回転する。したがって、極めて大きな減速比を得ることが出来る。また、外ピン１１８２によって滑り接触が転がり接触に変換されるので、機械的損失が非常に小さく、極めて高いギア効率を得ることが可能となる。
【００８２】
図１８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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。
【００８３】
図１９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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。
【００８４】
図２０は、本発明の変形例による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３５９０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、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。
【００８５】
図２１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、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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することができる。
【００８６】
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】
【００８７】
１０…コアレスモーター
１５…ステーター
２０…ローター
１００、１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１１０…ケーシング
１１５…コイルバックヨーク
１２１…ローター
１２２…ケーシング
１１３３…負荷接続部
２００…永久磁石
２０１…未着磁磁石
２１５…磁石サイドヨーク
２３０…中心軸
２３１Ａ、２３１Ｂ…炭素繊維
２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ…炭素繊維束
２３３…炭素繊維織布
２３３ａ…幅広部
２３３ｂ…幅狭部
２３３ｃ…切り抜き部
２３５…パイプ
２３６…磁石バックヨーク
２３８…バランス錘
２３９…貫通孔
２４０…部
２４１…リング
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー（位置検出部）
３１０…回路基板
４００…分離内枠型
４０５…加圧枠型
４１０…外枠型
４３０…外金型
４３１…樹脂注入口
４３２…空気排出口
１０１０…ロボットアーム
１０１１〜１０１４…基体部
１０２１、１０２２…ベベルギア
１０２５…導電線束
１１００…動力発生装置
１１００Ｃ…動力発生装置
１１００Ｅ…動力発生装置
１１１４…固定用ボルト
１１１５…スペーサー
１１２０…モーター部
１１２１…ローター
１１２１ｔ…ギア歯
１１２２…ケーシング
１１３０、１１３０Ｃ、１１３０Ｅ…回転機構部
１１３１…ギア固定部
１１３１ｔ…ギア歯
１１３２…プラネタリーギア
１１３２ｓ…回転軸
１１３２ｔ…ギア歯
１１３３…負荷接続部
１１６０…ウェーブジェネレーター
１１６０ｔ…ギア歯
１１６１…ベアリング
１１６２…フレックススプライン
１１６２ｔ…ギア歯
１１６５…サーキュラスプライン
１１６５ｔ…ギア歯
１１８０…偏心体
１１８１…曲線板
１１８２…外ピン
１１８３…内ピン
１１８５…偏心体
１２１１…貫通孔
１２１２…凹部
１２１３…ローターギア（隔壁）
１２１５…磁石バックヨーク
１２２１…貫通孔
１３１１…アウターギア
１３１２…鍔部
１３１３…開口部
１３３１…貫通孔
１３３２…軸孔
１６０１…貫通孔
１６０２…鍔部
１６５１…前段部
１６５２…後段部
１８１０…中心孔
１８１１…内ピン孔
１８１４…ベアリング
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
３５９０…把持部
Ｊ１〜Ｊ３…関節部
ＦＢ…締結ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械装置であって、
中心軸と、前記中心軸の外周に沿って配置されたローター磁石を有するローターと、
前記ローターの外周に配置されたステーターと、
を備え、
前記中心軸は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記中心軸から、前記ローター磁石に向かって放射方向に投影したとき、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、前記中心軸の方向との為す角が４５°である、電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置において、
前記中心軸の炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維が平らに束ねられた炭素繊維束を四つ目編みして形成した織布を樹脂で筒状に固めている、電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電気機械装置を備える移動体。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体において、前記移動体は車両である、移動体。
【請求項６】
電気機械装置の製造方法であって、
炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、
前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、
前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、筒状に巻く工程と、
前記織布を炭素繊維強化プラスチックで固めて中心軸を製造する工程と、
前記中心軸の周りに永久磁石を配置する工程と、
前記中心軸と前記永久磁石とを樹脂でモールドしてローターを形成する工程と、
前記ローターを、電磁コイルを有するステーターに組み付ける工程と、
を備える、電気機械装置の製造方法。
【請求項１】
電気機械装置であって、
中心軸と、前記中心軸の外周に沿って配置されたローター磁石を有するローターと、
前記ローターの外周に配置されたステーターと、
を備え、
前記中心軸は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、前記中心軸から、前記ローター磁石に向かって放射方向に投影したとき、前記炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の向きと、前記中心軸の方向との為す角が４５°である、電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置において、
前記中心軸の炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維が平らに束ねられた炭素繊維束を四つ目編みして形成した織布を樹脂で筒状に固めている、電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電気機械装置を備える移動体。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体において、前記移動体は車両である、移動体。
【請求項６】
電気機械装置の製造方法であって、
炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、
前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、
前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、筒状に巻く工程と、
前記織布を炭素繊維強化プラスチックで固めて中心軸を製造する工程と、
前記中心軸の周りに永久磁石を配置する工程と、
前記中心軸と前記永久磁石とを樹脂でモールドしてローターを形成する工程と、
前記ローターを、電磁コイルを有するステーターに組み付ける工程と、
を備える、電気機械装置の製造方法。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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】
【公開番号】特開２０１２−２５７４１３（Ｐ２０１２−２５７４１３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９６５９（Ｐ２０１１−１２９６５９）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
２．サイクロ
【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１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
２．サイクロ
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]