電気機械装置及びロボット及び車輪
【課題】電気機械装置の温度が高くならないようにする。
【解決手段】電気機械装置であって、第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、放熱板と、前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、を備え、前記コイルバックヨークは、前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている。
【解決手段】電気機械装置であって、第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、放熱板と、前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、を備え、前記コイルバックヨークは、前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置の温度を高くさせない構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトの一端部が放熱構造を有するブラケットに支持されているモーターが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１６８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モーターをロボット内に組み込む場合、樹脂化による成型化が望まれている。しかし、特許文献１の構造では、モーターのケースにアルミなどの熱伝導性材料を用いなければならず、ケースの樹脂化が困難であった。モーターを発電機として用いる場合についても同様にケースの樹脂化が求められている。
【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、モーターや発電機などの電気機械装置の温度が高くならないように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、第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、放熱板と、前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、を備え、前記コイルバックヨークは、前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている、電気機械装置。
この適用例によれば、放熱板がコイルバックヨークに直接接続されているので電気機械装置において生ずる熱を容易に放熱することができる。なお、コイルバックヨークは、第１の磁束の方向、及び第１の部材と第２の部材との間の相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されているので、渦電流損による発熱を抑制できる。その結果、電機機械装置の温度を高くならないようにできる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の電気機械装置において、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、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、コイルエンド領域における発熱を抑制できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２に記載の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。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。
【００１０】
［適用例４］
適用例１から適用例３のうちのいずれか一つの適用例に記載の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、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］
適用例１から適用例３のうちのいずれか一つの適用例に記載の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、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のうちのいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置において、前記第１の部材は、さらに、磁性体部材を有し、前記第２の部材は、さらに、前記永久磁石により生じる磁束の大きさを検知する磁気センサーを有しており、前記磁気センサーは、前記電磁コイルによって生じる磁束線の方向と前記磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置されており、前記磁性体部材は、前記磁気センサーと前記永久磁石の間に配置されている、電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルの電流による磁気センサーの波形の歪を抑制し、かつ磁気センサーの波形を飽和させないことが出来る。その結果、コアレス電気機械装置を効率よく駆動することができる。
【００１３】
［適用例７］
適用例１から適用例６のうちのいずれか一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の部材と前記第２の部材は、前記第１の部材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、前記第１の部材と前記第２の部材の対向する円筒面に対向して配置されており、前記磁性体部材は、前記回転軸の軸方向と平行な方向における前記永久磁石の端面に配置されている、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。
【００１４】
［適用例８］
適用例７に記載の電気機械装置において、前記磁気センサーが配置される位置は、前記電磁コイルのコイルエンドと前記回転軸の間であって、前記コイルエンドから前記回転軸に対して直角に降ろした放射線上である、電気機械装置。
この適用例によれば、磁気センサーを、電磁コイルによって生じる磁束線の方向と磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置することができる。
【００１５】
［適用例９］
ロボットであって、適用例１から適用例８のいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置と、前記電気機械装置が配置される筐体と、を備え、前記筐体は、前記電気機械装置の前記コイルバックヨークに接続されており、前記電気機械装置の放熱板として機能する、ロボット。
この適用例によれば、ロボットの筐体を放熱板として用いることが出来るので、電気機械装置に生じる熱を容易に放熱させることが出来る。
【００１６】
［適用例１０］
車輪であって、適用例１から適用例８のいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置と、前記電気機械装置に接続されたホイールとタイヤと、を備える、車輪。
この適用例によれば、車輪の電機機械装置を容易に放熱させることができる。
【００１７】
［適用例１１］
適用例１０に記載の車輪において、前記電気機械装置の前記放熱板は、ネジ形状を有している車輪。
この適用例によれば、ネジ形状に沿って空気を流すことが出来るので、電機機械装置の熱をより放熱させやすい。
【００１８】
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、電気機械装置の他、電気機械装置の放熱構造、ロボット、車輪等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】磁場解析のモデルを示す説明図である。
【図１１】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１２】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、トルクと回転数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、トルクと電流と、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、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。
【図１６】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１７】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１８】第２の実施例を示す説明図である。
【図１９】第３の実施例を示す説明図である。
【図２０】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２１】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２２】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２３】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２４】第４の実施例における磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。
【図２５】従来例における磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。
【図２６】磁気センサーの出力を示す説明図である。
【図２７】第４の実施例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。
【図２８】従来例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。
【図２９】対向するコイルのコイルエンドにかかるローレンツ力の向きを説明する説明図である。
【図３０】第５の実施例を示す説明図である。
【図３１】部分ケースと全覆ケースの温度変化を示す説明図である。
【図３２】第６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３３】第７の実施例を示す説明図である。
【図３４】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３５】第８の実施例を示す説明図である。
【図３６】コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。
【図３７】第９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３８】第１０の実施例を示す説明図である。
【図３９】第１１の実施例を示す説明図である。
【図４０】第１２の実施例を示す説明図である。
【図４１】第１３の実施例を示す説明図である。
【図４２】第１３の実施例における磁束を示す説明図である。
【図４３】第１４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４４】コアレスモーターの制御ブロックの一例を示す説明図である。
【図４５】第１５の実施例を示す説明図である。
【図４６】比較例のコアレスモーター１０１１を示す説明図である。
【図４７】他の比較例のコアレスモーター１０１２を示す説明図である。
【図４８】各モーターの発熱特性を比較する説明図である。
【図４９】第１６の実施例を示す説明図である。
【図５０】第１７の実施例を示す説明図である。
【図５１】第１７の実施例で用いることが出来る放熱装置の一例の一部を示す説明図である。
【図５２】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５３】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５４】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５５】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５６】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】
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。凸１５１ａ、１５１ｂの幅の和が同じであれば、凸１５１ａ、１５１ｂのそれぞれの幅は、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。凸１５１の頂部のふくらみや凸１５２の凹みの曲率は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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６参照）の方が、渦電流損が少なくなっている。
【００３３】
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（Ａ）に回転数−渦電流損特性を示し、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。ＪＮＥＸコアは、鋼板材の全域に６．５％のＳｉを含有しており、ＪＮＨＦコアは、鋼板材の両面域の各２５％に６．５％のＳｉを含有しており、鋼板材の両面域を除く中心部の５０％には、Ｓｉを含有していない。なお、一般的な珪素鋼板（Ｓｉ含有率３．５％）では、板厚を０．１ｍｍまで薄くすることは困難である。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。
【００３４】
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。
【００３５】
図１０は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図１０（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１０（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。
【００３６】
図１１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、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア（Ｓｉ含有６．５％）とパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）と珪素鋼板（Ｓｉ含有３．５％）を用い、比較した。コイルバックヨーク１１５の材料にＪＮＥＸ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、あるいは、珪素鋼板を用いた場合に比べ、大きな磁束密度が得られた。この結果は、透磁率では、パーマロイがＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアを上まわっているが、飽和磁束密度ではＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアが上まわっていることに起因すると考えられる。また、ＪＮＥＸコアは、鋼板の内部がすべて均一な６．５の珪素の組成をもつ高珪素鋼板であり、従来の珪素鋼板と比較すると、シリコン含有率が大きい。磁束密度の測定結果とのシリコン含有率を考慮すれば、シリコン含有率の高い方が、磁束密度を大きくできると考えられる。また、珪素鋼板とＪＮＥＸコアのＳｉ含有率から考慮すると、パーマロイの磁束密度を越えるためには、Ｓｉ含有率が５％以上であればよいと推定される。
【００３７】
本実施例で測定した磁束密度の測定空間内には、実際のモーター１０では、電磁コイル１００が配置され、永久磁石２００と、電磁コイル１００とで「フレミング左手の法則」により回転運動が発生する。したがって、コイルバックヨーク１１５の材料を、パーマロイからＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア、あるいはＪＮＨＦコアに変更することにより、磁束密度を向上させることができ、モーター１０の性能（トルク、効率）を向上させることが可能となる。また、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア、ＪＮＨＦコアは、材料の厚さが０．１［ｍｍ］と非常に薄く形成されることができる。そのため、上述したように、モーター１０の永久磁石２００の回転により生じる渦電流損についても非常に少なくすることが可能である。
【００３８】
図１２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。従来のコアレスモーター（コイルバックヨークを備えていない）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あった。しかし、本実施例の結果では、コア付きモーター以上の特性効果を得ることができた。このことは、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。
【００３９】
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１４〜１７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。
【００４０】
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１６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１７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。
【００４１】
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することが出来、結果的に渦電流損を発生させ難くすることが可能となる。
【００４２】
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。
【００４３】
［第２の実施例］
図１８は、第２の実施例のコアレスモーターを示す説明図である。図１８（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１８（Ｂ）は、コアレスモーター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、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、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。また、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは二相として、コイルエンドを含んだ実配置は省略し原理上での模擬した図として説明する。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１８（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。ケーシング１１０は、樹脂で形成されている。なお、ケーシング１１０は、軟磁性材によるコイルバックヨークとして、軟磁性粉材を含有した樹脂で覆う構造を有していてもよい。また、ケーシング１１０と電磁コイル１００の間に軟磁性材によるコイルバックヨークを設けてもよい。
【００４４】
ローター２０は、その外周に６つの永久磁石２００を有しており、ローター２０の中心に回転軸２３０が設けられている。この回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。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、この例では、ケーシング１１０の内側に、コイルバネ２６０が設けられており、このコイルバネ２６０が永久磁石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。
【００４５】
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、コイルバックヨーク１１５の外側に、電着塗装等（膜厚２０μｍ以下）による非伝導性（耐電圧＝１．２ｋＶ以上）を兼ねた熱伝導性樹脂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。
【００４６】
［第３の実施例］
図１９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。
【００４７】
図２０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３００ｍＮｍ超は、比較例Ｄまたは本実施例でしか実現することは出来ない。また、最大連続トルク３００ｍＮｍ超の実現時において、比較例Ｄでは、最大連続トルク３２３ｍＮｍに対し、出力が２５０Ｗと大出力を要するのに対し、本実施例では、より大きな３６０ｍＮｍの最大連続トルクに対し、出力が１１３Ｗ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、より高い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。図２０でも判るように、コアレスモーターにおける最大連続トルク特性は、モーターの発熱（消費電流＝銅損失）とケースサイズ（体積）により決定される。このケースサイズ（体積）の値が小さく、最大連続トルクの値が大きいことは、本願のコアレスモーターの消費電流（銅損失）が如何に小さいか、ということが言える。
【００４８】
[第４の実施例]
図２１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２１（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２１（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（２１Ｂ−２１Ｂ切断面）で切った断面である。
【００４９】
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２１（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図２２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２１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。
【００５５】
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。
【００５６】
図２３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２３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。
【００５７】
図２４は、第４の実施例における永久磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。図２４（Ｂ）、（Ｃ）は、図２４（Ａ）のＸ部分を拡大したものである。図２４（Ａ）においては、コイルバネ２６０を省略している。図２４（Ｂ）と（Ｃ）は、永久磁石２００の磁気の向きと、電磁コイル１００に流れる電流の向きが異なっている。第４の実施例では、磁気センサー３００は、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に降ろした垂線上に配置されている。永久磁石２００と、磁気センサー３００の間には、磁性体部材２１０が設けられている。この磁性体部材２１０は、例えば軟磁性体で構成されていてもよい。磁性体部材２１０は、磁束を通しやすいので、永久磁石２００から出る磁束線の数が同じであれば、磁性体部材２１０よりも外側に出る磁束線２０２Ａ、２０２Ｂの数は、磁性体部材２１０を通る分だけ少なくなる。その結果、磁気センサー３００が永久磁石２００に近接して配置されていても、磁気センサー３００の出力は飽和しにくい。
【００５８】
磁気センサー３００の磁束の検知方向３０１は、回転軸２３０の中心から外側に向かう径方向に沿った方向である。また、この検知方向３０１は、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂと直角に交わる方向である。したがって、電磁コイル１００に流れる電流の大きさが変わり、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わっても、磁気センサー３００の出力に変化は生じない。
【００５９】
図２５は、比較例における永久磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。比較例では、永久磁石２００と、磁気センサー３００の間に、磁性体部材２１０が設けられていない。そのため、永久磁石２００の磁場が、図２４に示す磁場に比べてより遠方にまで広がっている。磁気センサー３００は、出力が飽和しないように、永久磁石２００からやや離れた位置に配置されている。この位置は、コイルエンド１０１から回転軸２３０側に垂線を降ろしたときの垂線上から図面左方にずれている。この位置では、磁気センサー３００の磁束の検知方向３０１と、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂの方向は、直角に交わらない。そのため、コイルエンド１０１の流れる電流が変化して、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わると、その影響を受けて、磁気センサー３００の出力が歪む恐れがある。
【００６０】
図２６は、磁気センサーの出力を示す説明図である。図２６（Ａ）は、軽負荷時（小電流時）における磁気センサー３００の出力を示している。この状態では、出力に歪みは生じていない。図２６（Ｂ）は、図３５（Ａ）重負荷時（大電流時）の磁気センサー３００の出力を示している。この状態では、磁気センサー３００の出力に歪みが生じている。図２６（Ｃ）は、図２５の磁気センサー３００の位置を、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に垂線を降ろしたときの垂線上にしたときの磁気センサー３００の出力を示している。なお、磁性体部材２１０は、配置されていない。この状態では、磁気センサー３００の出力が飽和している。図２６（Ｄ）は、図２４に示した実施例における磁気センサーの出力を示している。本実施例では、磁気センサー３００と、永久磁石２００の間に、磁性体部材が設けられているので重負荷時においても、磁気センサー３００の出力は、飽和もしていない。また、磁気センサー３００がコイルエンド１０１の直下の位置に設けられているので、磁気センサー３００の出力が歪むことのない正常な波形を示している。なお、磁性体部材２１０の厚さを、磁気センサー３００がコイルエンド１０１の直下の位置に配置したときに磁気センサー３００の出力が歪むことのない正常な波形を示すような厚さに設定しておくことが好ましい。この厚さは永久磁石２００の磁場の強さに依存する。
【００６１】
また、磁性体部材２１０は、永久磁石２００が電磁コイル１００に対して相対的に移動する際に、磁気センサー３００の出力波形が電磁コイル１００に生じる逆起電力波形（振幅−Ｖ〜＋Ｖの正弦波）を正規化した波形（振幅０〜＋Ｖの正弦波）と同等の波形となるように、永久磁石２００の移動方向の側面に設けられており、磁気センサー３００は、磁性体部材２１０から漏れた永久磁石２００の磁束を検出し、電磁コイル１００は、磁気センサー３００の出力波形に対応してＰＷＭ駆動されることが好ましい。ＰＷＭ駆動では、逆起電力波形と同等の波形で電磁コイルを駆動すると効率が良い。この実施例によれば、磁気センサー３００の出力波形が電磁コイル１００に生じる逆起電力波形（振幅−Ｖ〜＋Ｖの正弦波）を正規化した波形（振幅０〜＋Ｖの正弦波）と同等の波形となるので、コアレスモーターを効率よく駆動することができる。
【００６２】
以上のように、比較例の場合、磁気センサー３００の出力を歪ませないように、磁気センサー３００をコイルエンド１０１の直下に配置すると出力が飽和し、一方、出力を飽和させないように磁気センサー３００を永久磁石２００から遠い位置に配置すると、出力が歪むという問題がある。しかし、本実施例のように、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束の方向と磁気センサー３００が検知する磁束の方向とが垂直に交わる位置に配置し、磁気センサー３００と、永久磁石２００との間に磁性体材料を配置することにより、磁気センサー３００の出力において歪も発生させず、飽和の発生も抑制することが可能となる。
【００６３】
図２７は、第４の実施例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。図２７（Ａ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＮ極がある場合を示し、図２７（Ｂ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＳ極がある場合を示している。なお、図２７（Ａ）と図２７（Ｂ）では、電磁コイル１００に流れる電流の向きも逆である。コイルエンド１０１が永久磁石２００から受けるローレンツ力の大きさは、Ｆ１＝Ｉ×Ｂ１で示される。ここで、Ｉは、コイルエンド１０１を流れる電流の大きさ、Ｂ１は、コイルエンド１０１における永久磁石２００による磁束密度である。尚、磁気センサー３００の実装状態は、回路基板から離れて浮いた状態となっているが、前記コイルエンド１０１の力Ｆ１の影響を受けるため、磁気センサー３００は、樹脂、モールド材等で固定されていることが好ましい。
【００６４】
図２８は、比較例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。図２８（Ａ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＮ極がある場合を示し、図２８（Ｂ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＳ極がある場合を示している。同様に、コイルエンド１０１が永久磁石２００から受けるローレンツ力の大きさは、Ｆ２＝Ｉ×Ｂ２で示される。ここで、従来例では、磁性体部材２１０が無いため、コイルエンド１０１における磁束密度Ｂ２が、図３６に示す場合よりも大きい。したがって、Ｆ１＜Ｆ２であり、磁性体部材２１０を備える第４の実施例の方が、コイルエンド１０１にかかるローレンツ力が小さい。
【００６５】
図２９は、対向するコイルのコイルエンドにかかるローレンツ力の向きを説明する説明図である。図２９（Ａ）は第４の実施例をコイルエンド側から見たときの説明図、図２９（Ｂ）は、第４の実施例を図２９（Ａ）の右側から見たときの説明図である。図２９（Ｂ）の上部にある永久磁石２００の磁束線２０２Ａの向きが左方向、コイルエンド１０１Ａに流れる電流の向きが出前から奥であるので、コイルエンド１０１Ａにかかるローレンツ力は、回転軸２３０の中心から外に向かう方向である。一方、図２９（Ｂ）の下部における永久磁石２０５の磁束線２０７Ａの向きが右方向、コイルエンド１０６Ａに流れる電流の向きが奥から手前であるので、コイルエンド１０６Ａにかかるローレンツ力は、外から回転軸２３０の中心に向かう方向である。コイルエンド１０１Ａと１０６Ａは対向しているので、コイルエンド１０１Ａにかかるローレンツ力とコイルエンド１０６Ａにかかるローレンツ力は同じ方向である。ローター２０は、コイルエンド１０１Ａ、１０６Ａからそれぞれローレンツ力と反対向きに力を受ける。このとき、コイルエンド１０１Ａ、１０６Ａから受ける力は同じ方向なので、打ち消し合わない。したがって、ローター２０を振動させる力が働く。図２９（Ｃ）は比較例をコイルエンド側から見たときの説明図、図２９（Ｄ）は、比較例を図２９（Ｃ）の右側から見たときの説明図である。図２９（Ａ）、（Ｂ）に示す本実施例とは、力Ｆの大きさが異なる。
【００６６】
ところで、図２９（Ａ）、（Ｂ）に示した第４の実施例と、図２９（Ｃ）、（Ｄ）に示した従来例では、ローター２０がコイルエンド１０１Ａ、１０６Ａから受ける力の向きは同じである。しかし、第４の実施例では、磁性体部材２１０を備えているので、コイルエンドにおける磁束線２０２Ａ、２０７Ａの数が少ない。したがって、第４の実施例の方が、ローター２０が振動しにくい。すなわち、磁性体部材２１０を備えることにより、ローター２０の振動を抑制することが可能となる。なお、電磁コイル１００は、永久磁石２００を挟むように３組あり、それぞれの組に生じるローレンツ力Ｆ、Ｆ２、Ｆ３は、向きが１２０度ずれている。ここで、理想的には、ローレンツ力Ｆ、Ｆ２、Ｆ３の大きさは同じであるが、現実のモーターでは、若干異なり、ローター２０の振動の原因となり得る。
【００６７】
なお、本実施例では、インナーローター型のモーターを用いて説明したが、アウターローター型のモーターであってもよい。
【００６８】
［第５の実施例］
図３０は、第５の実施例を示す説明図である。第５の実施例は、ケース１１０の材料として、熱伝導性に優れたアルミニウム、アルミニウム合金を用いている。図３０（Ａ）に示す実施例は、ケース１１０のうち、有効長領域１１３と重ならない部分がアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で形成されている部分ケースであり、図３０（Ｂ）に示す例では、有効長領域１１３を含む全部がアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で形成されている全覆ケースである。
【００６９】
図３１は、部分ケースと全覆ケースの温度変化を示す説明図である。図３１から明らかなように、部分ケースよりも全覆ケースの方が、温度が上がりにくい。これは以下のように考えられる。部分ケース（図３０（Ａ））の場合、積層された鋼板材間に絶縁膜が形成されるので、鋼板の積層方向には熱が伝わりにくい。したがって、有効長領域１１３で発生した熱は、円盤形状部分１１２に伝わりにくい。一方、全覆ケース（図３０（Ｂ））の場合、有効長領域１１３の放射方向外側はアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で覆われている。そのため、有効長領域１１３で発生した熱は、有効長領域１１３の放射方向外側のアルミニウムあるいは、アルミニウム合金部分を経由して円盤形状部分１１２に伝わる。したがって、部分ケースよりも全覆ケースの方が円盤形状部分１１２に熱が伝わりやすく、広い面積で放熱することができる。
【００７０】
[第６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３２は、第６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。
【００７１】
［第７の実施例］
図３３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３３（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３３（Ｂ）は、ローターの平面図を示し、図３３（Ｃ）は、電磁コイル１００Ａの平面図を示し、図３３（Ｄ）は、電磁コイル１００Ｂの平面図を示し、図３３（Ｅ）は、コイルバックヨーク１１５Ａの平面図を示している。第７の実施例は、第６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６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。
【００７２】
以下は、第６の実施例と異なる点である。第７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３３（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７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７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７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６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。
【００７３】
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６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。
【００７４】
図３４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１１９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１１９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１１９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１１９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１１９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。
【００７５】
［第８の実施例］
図３５は、第８の実施例を示す説明図である。第８の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図３５（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３５（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。
【００７６】
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３３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。
【００７７】
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３３（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。
【００７８】
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。
【００７９】
［第９の実施例］
図３６は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図３６（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５は、図３４に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図３６（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３６（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３６（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３６（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３６（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つ以上に分かれてしまうからである。
【００８０】
図３７は、第９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３６（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３６（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３６（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。
【００８１】
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。
【００８２】
［第１０の実施例］
図３８は、第１０の実施例を示す説明図である。第１０の実施例は、第４の実施例の円筒形部材１１３に第９の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図３８（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３８（Ｂ）は、図３８（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３８（Ｃ）は、図３８（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。
【００８３】
［第１１の実施例］
図３９は、第１１の実施例を示す説明図である。第１１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。
【００８４】
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。
【００８５】
［第１２の実施例］
図４０は、第１２の実施例を示す説明図である。第１２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。
【００８６】
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。
【００８７】
［第１３の実施例］
図４１は、第１３の実施例を示す説明図である。図４１（Ａ）は、本発明の第１３の実施例におけるコアレスブラシレスモーターの構成を示す断面図である。このモーター１０は、略円盤状の第１と第２のステーター１５Ａ、１５Ｂと、略円盤状のローター２０とを有している。ステーター１５Ａ、１５Ｂ及びローター２０は、ケーシング１１０収められている。
【００８８】
図４１（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれステーター１５Ａ、１５Ｂの構成を示す説明図である。ステーター１５Ａは、個別にリング状に導線が巻き回された複数の電磁コイル１００Ａを備えている。ここで、「リング状」とは、円形に限らず、図４１（Ｂ）の電磁コイル１００Ａのような略扇形や、楕円形状などの種々の形状を含む広い意味を有している。ステーター１５Ｂの構成はステーター１５Ａの構成と同じである。
【００８９】
図４１（Ｄ）はローター２０の構成を示す説明図である。ローター２０は、円環状に配置された８つの永久磁石２００を有している。ローター２０の中心は回転軸２３０に固定されている。永久磁石２００の磁化方向は図３９（Ａ）の上下方向であり、図４１（Ｄ）では紙面に垂直な方向である。永久磁石２００の外周には、磁性体部材２１０が設けられている。
【００９０】
図４１（Ａ）示すように、ローター２０は、ステーター１５Ａ、１５Ｂに挟まれている。ローター２０の外側には、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂが配置されている。磁気センサー、ローター２０の位置を検出するために設けられている。第１と第２のステーター１５Ａ、１５Ｂ及び磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、モーター１０のケーシング１１０に固定されている。
【００９１】
図４２は、第１３の実施例における磁束を示す説明図である。この図４２は、図２５，図２７とほぼ同じである。第１３の実施例においても、コイルエンド１０１Ａを流れる電流による磁束１０２Ａの方向と、磁気センサー３００の検知する磁束の方向（矢印３０１の方向）は直交する。したがって、コイルエンド１０１Ａを流れる電流の大きさにより、磁気センサー３００の出力は、影響を受けない。また、磁気センサー３００と永久磁石２００の間に磁性体部材２１０を備えるので、磁気センサー３００の出力が飽和し難い。したがって、第２の実施例によっても、磁気センサー３００の出力における歪みや飽和の発生を抑制することが可能となる。
【００９２】
［第１４の実施例］
第１から第３の実施例では、積層構造を有するコイルバックヨーク１１５を有するコアレスモーター１０について説明し、第４の実施例では、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束の方向と磁気センサー３００が検知する磁束の方向とが垂直に交わる位置に配置し、磁気センサー３００と、永久磁石２００との間に磁性体材料を配置したコアレスモーター１０について説明した。第１４の実施例はこの両者の特徴を備えるコアレスモーターである。
【００９３】
図４３は、第１４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。ここで、図４３（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を示しており、図４３（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（４３Ｂ−４３Ｂ切断面）で切った断面を示している。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４３（Ａ））。磁気センサー３００は、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に降ろした垂線上に配置されている。なお、磁気センサー３００は、回路基板３１０と接続されており、回路基板３１０は、ケーシング１１０に固定されている。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１１は、磁性体部材で形成された中央部１１３と、樹脂で形成された残りの部分と、を有する。中央部１１３は、コイルバックヨークとして機能するので、「コイルバックヨーク１１３」とも呼ぶ。コイルバックヨーク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を投射する領域に配置されている。コイルバックヨーク１１３は、磁束線２０１を集めるので、磁束線２０１は電磁コイル１００の内部を通りやすくなり、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。しかし、磁束線２０１が通りやすいと、以下に説明するように、コイルバックヨーク１１３に渦電流が発生し易くなる。
【００９７】
本実施例では、コイルバックヨーク１１３は、磁性体部材であると同時に、導電性部材でもある。上述のように、コイルバックヨーク１１３は、永久磁石２００や電磁コイルからの磁束線を通しやすい。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。
【００９８】
ここで、コイルバックヨーク１１３は、例えば、図５に示したコイルバックヨーク１１５、あるいは図６に示したコイルバックヨーク１１５ｂと同様な積層構造を有していることが好ましい。このような積層構造を備えることにより、回転軸２３０と配向な方向の渦電流を抑制することが出来、渦電流損により電力損失を抑制してコアレスモーターの効率を良くし、高トルクの実現が可能となる。
【００９９】
なお、コイルバックヨーク１１３は、図３８に示すように、切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを備える構成であってもよい。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。
【０１００】
次に、磁気センサー３００の磁束を検知する方向について、図２４（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明する。第１４の実施例における磁気センサー３００の磁束を検知する方向３０１は、図２４で示した第４の実施例と同様であり、回転軸２３０の中心から外側に向かう径方向に沿った方向である。また、この検知方向３０１は、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂと直角に交わる方向である。したがって、電磁コイル１００に流れる電流の大きさが変わり、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わっても、磁気センサー３００の出力に変化は生じない。
【０１０１】
また、第１４の実施例では、第４の実施例と同様に、永久磁石２００と、磁気センサー３００の間には、磁性体部材２１０が設けられている。この磁性体部材２１０は、例えば軟磁性体で構成されていてもよい。磁性体部材２１０は、磁束を通しやすいので、永久磁石２００から出る磁束線の数が同じであれば、磁性体部材２１０よりも外側に出る磁束線２０２Ａ、２０２Ｂの数は、磁性体部材２１０を通る分だけ少なくなる。その結果、磁気センサー３００が永久磁石２００に近接して配置されていても、磁気センサー３００の出力は飽和しにくい。その結果、磁気センサー３００の出力において歪も発生させず、飽和の発生も抑制することが可能となる。すなわち重負荷時であっても、磁気センサー３００の出力は、図２６（Ｄ）に示すような正弦波となる。一般的にモーターでは、逆誘起電力波形、すなわち正弦波で駆動すると効率がよい。第１４の実施例によれば、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束線の方向と磁気センサー３００が検知する磁束線の方向３０１とが垂直に交わる位置に配置し、磁性体部材２１０を、磁気センサー３００と永久磁石２００との間に配置するので、磁気センサー３００の出力における歪みや飽和の発生を抑制し、きれいな正弦波を出力することができる。そして、この磁気センサーの出力を用いてコアレスモーター１０の駆動信号を生成すれば、コアレスモーター１０を効率的に駆動でき、高トルクが実現できる。
【０１０２】
第１４の実施例では、ラジアルギャップ型のコアレスモーター１０について説明したが、アキシャルギャップ型のコアレスモーターであってもよい。
【０１０３】
図４４は、コアレスモーターの制御ブロックの一例を示す説明図である。このモーターシステムは、制御装置１０００と、コアレスモーター１０と、を備えている。コアレスモーター１０は、ローターの回転角（位相）を検出するために、磁気センサー３００とエンコーダー１０３０とを備えている。なお、エンコーダー１０３０は省略可能である。
【０１０４】
制御装置１０００は、ＣＰＵを含む主制御部１１１０と、駆動制御回路１１２０と、ＰＷＭ制御部１１３０と、ブリッジ回路１１４０と、電流検出部１１５０と、計測値算出部１１６０とを備えている。計測値算出部１１６０は、電流検出部１１５０から出力される検出電流信号Ｉｍｅｓと、磁気センサー３００から出力される磁気センサー信号Ｓｍａｇと、エンコーダー１０３０から出力されるエンコーダー信号Ｓｅｎｃとに基づいて、最大電流値Ｉｍａｘ及び平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとを算出する演算回路である。なお、磁気センサー信号Ｓｍａｇは、歪みや飽和の存在しない逆起電力電圧波形に忠実な相似関係となる電圧波形であることが好ましい。
【０１０５】
駆動制御回路１１２０とＰＷＭ制御部１１３０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてコアレスモーター１０の制御を実行する。具体的には、駆動制御回路１１２０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてＰＷＭ制御におけるパルス幅を調整する調整値を決定し、この調整値に基づいてＰＷＭ制御部１１３０がＰＷＭ制御信号を生成する。ブリッジ回路１１４０は、複数のスイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路であり、このブリッジ回路１１４０からコアレスモーター１０の電磁コイル１００（例えば図４１）に駆動電圧が供給される。これにより、コアレスモーター１０が駆動される。なお、電流検出部１１５０は、ブリッジ回路１１４０に流れる電流（すなわちコアレスモーター１０のコイル電流）を測定する電流センサーである。
【０１０６】
［第１５の実施例］
図４５は、第１５の実施例を示す説明図である。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コアレスの電磁コイル１００を有している。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、配置されている。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。
【０１０７】
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。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。
【０１０８】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１５と、円筒形状部分１１５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。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１５は、回転軸２３０と平行な方向に重ねられた複数の積層鋼板で形成されている（例えば図５参照）。円筒形状部分１１５は、コイルバックヨークとして機能するので、この円筒形状部分１１５をコイルバックヨークと呼ぶ。コイルバックヨーク１１５は、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を投射したときの投射領域と重なる。
【０１０９】
ステーター１５のコイルバックヨーク１１５の放射方向外側には、放熱装置１２０が接続されている。放熱装置１２０は、アルミニウム（熱伝導率２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの熱伝導性のよい材料で形成されており、熱伝導部１２２と、放熱板１２４と、を有している。放熱板１２４は、熱伝導部１２２により、コイルバックヨーク１１５に接続されている。コイルバックヨーク１１５は、コアレスモーター１０が動作すると、渦電流損により発熱する。この熱は、熱伝導部１２２を介して、放熱板１２４に伝導され、放熱される。なお、アルミニウムの他に銅（熱伝導率３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いても良い。
【０１１０】
図４６は、比較例のコアレスモーター１０１１を示す説明図である。図４５に示すコアレスモーター１０は、ケーシング１１０の円盤形状部分１１２が樹脂で形成されているのに対し、図４６に示すコアレスモーター１０１１は、アルミニウムで形成されている点が異なる。また、図４５に示すコアレスモーター１０では、放熱装置１２０が、コイルバックヨーク１１５に接続されているのに対し、図４６に示すコアレスモーター１０１１では、放熱装置１２０が、アルミニウム（熱伝導率２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））の円盤形状部分１１２に接続されている点が異なる。
【０１１１】
図４７は、他の比較例のコアレスモーター１０１２を示す説明図である。図４７に示すコアレスモーター１０１２のケーシング１１０は、コイルバックヨーク１１５と、円盤形状部分１１２に加えて、アルミ円筒部材１１８を備える。アルミ円筒部材１１８は、コイルバックヨーク１１５の放射方向外側を覆うように配置されており、２つのアルミニウムの円盤形状部分１１２に接続されている。図４６に示すコアレスモーター１０１１では、コイルバックヨーク１１５が剥き出しになっているが、図４７に示すコアレスモーター１０１２では、コイルバックヨーク１１５が剥き出しになっていない。
【０１１２】
図４８は、各モーターの発熱特性を比較する説明図である。なお、放熱板１２４の大きさは同じにしている。図４５に示す第１５の実施例のコアレスモーター１０の温度が最も低く、次いで、図４７に示すコアレスモーター１０１２の温度が低い。図４６に示すコアレスモーター１０１１は、両者と比較すると、２５℃から３０℃高くなっている。この理由は以下のように考えられる。
【０１１３】
図４５に示したコアレスモーター１０では、コイルバックヨーク１１５に生じた熱は、直接放熱装置１２０に伝わる。一方、図４６に示したコアレスモーター１０１１では、コイルバックヨーク１１５で生じた熱は、円盤形状部分１１２に伝わり、さらに、放熱装置１２０に伝わる。ここで、コイルバックヨーク１１５は、回転軸２３０と平行な方向に重ねられた複数の積層鋼板で形成されているので、回転軸２３０と平行な方向への熱が伝導し難い。すなわち、コイルバックヨーク１１５の積層方向の中央近傍で発生した熱は、円盤形状部分１１２に伝わり難い。したがって、コアレスモーター１０に比較して、コアレスモーター１０１１は放熱されにくく、温度が高くなる。また、図４７に示したコアレスモーター１０１２では、コイルバックヨーク１１５で生じた熱は、円盤形状部分１１２に伝わり、放熱装置１２０に伝わる他、コイルバックヨーク１１５からアルミ円筒部分１１８に伝わり、さらに、円盤形状部分１１２に伝わり、放熱装置１２０に伝わる。コイルバックヨーク１１５中においては、回転軸２３０と平行な方向へは、上述したように、熱が伝導し難いが、回転軸２３０と垂直な方向へは熱が伝導しやすい。そして、アルミ円筒部分１１８においては、回転軸２３０と平行な方向へ熱が伝導しやすい。したがって、図４７に示すコアレスモーター１０１２は、図４６に示すコアレスモーター１０１１より放熱しやすい。なお、図４５に示すコアレスモーター１０は、放熱装置１２０が直接コイルバックヨーク１１５に接続しているため、図４７に示すコアレスモーター１０１２より放熱しやすい。
【０１１４】
以上、本実施例によれば、放熱装置１２０をコイルバックヨーク１１５に直接接続するので、コアレスモーター１０の放熱性を高めることが出来る。また、円盤形状部分１１２に放熱装置１２０を設ける場合（例えばコアレスモーター１０１１、１０１２）、円盤形状部分１１２にアルミニウムなどの熱伝導性の良い材料を用いなければ、コアレスモーター１０１１、１０１２の放熱性を高めることが出来ない。しかし、本実施例によれば、コイルバックヨーク１１５に放熱装置を接続することにより、円盤形状部分１１２を樹脂化することが可能となる。すなわち、コアレスモーター１０の樹脂ケース化を実現することができる。
【０１１５】
図４９は、第１６の実施例を示す説明図である。第１６の実施例は、ロボットアーム３００である。ロボットアーム３００は、上腕部３１０と、関節部３２０と、前腕部３３０と、を備える。上腕部３１０は、筐体３１２と、コアレスモーター１０と、減速機３１４と、を備える。コアレスモーター１０は、筐体３１２の端部に配置されており、減速機３１４は、コアレスモーター１０に接続されている。コアレスモーター１０は、例えば実施例１５で説明したコアレスモーター１０を採用することができる。ここで、コアレスモーター１０のコイルバックヨーク（図４９では省略、図４５参照）が筐体３１２と接続されている。筐体３１２は、放熱性の高い金属で構成されており、ロボットアーム３００の剛性部材であるとともに、コアレスモーター１０の放熱部材でもある。減速機３１４は、コアレスモーター１０の回転軸２３０（図４９では省略、図４５参照）と接続されている。減速機３１４は、コアレスモーター１０の回転数を減じて出力する。減速機３１４として、例えば遊星歯車機構を用いることが可能である。
【０１１６】
関節部３２０は、傘歯車３２２、３２４と、回転軸３２６と、を備える。傘歯車３２２は、減速機３１４と接続されている。と傘歯車３２２と傘歯車３２４とは、ほぼ直角に交わっている。回転軸３２６は、傘歯車３２４の回転軸である。前腕部３３０は、回転軸３２６と直角方法に伸びている。この構成によれば、コアレスモーター１０を回転させると、前腕部３３０を上腕部３１０に対して旋回させることができる。なお、ここに示した例は一例であり、モーター、歯車の組み合わせにより、さらに複雑な動作をするロボットアームを構成することが可能である。
【０１１７】
以上、本実施例によれば、放熱性の高い金属で構成された筐体３１２がコアレスモーター１０のコイルバックヨーク１１５（図４５）に接続されているので、コアレスモーター１０で生じた熱を容易に放熱することができる。また、筐体３１２が放熱装置でもあるので、放熱板を別に準備する必要がない。
【０１１８】
図５０は、第１７の実施例を示す説明図である。第１７の実施例は、コアレスモーター１０を車両のモーター内蔵タイヤに適用したものである。モーター内蔵タイヤ６００は、コアレスモーター１０と、タイヤ６０５と、ホイール６１０と、ホイールナット６２０と、を備える。コアレスモーター１０は、第１５の実施例で説明したコアレスモーター１０と同様に、電磁コイル１００と、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５と、回転軸２３０と、軸受け２４０と、放熱装置１２０と、を備える。コアレスモーター１０の構成は第１５の実施例と同様である。本実施例では、回転軸２３０は、ホイールナット６２０によりホイール６１０に接続されている。ホイール６１０にはタイヤ６０５が取り付けられている。放熱装置１２０は、コイルバックヨーク１１５の外側に接続されている。また、放熱装置１２０は、ホイール６１０の内側に収納されている。コアレスモーター１０が回転してホイール６１０及びタイヤ６０５が回転すると、ホイール内部に空気が流れ、放熱装置１２０を冷却する。これにより、コアレスモーター１０の熱は、放熱装置から放熱される。このように、コイルバックヨーク１１５に放熱装置を接続する構成は、モーター内蔵タイヤ６００にも適用可能である。
【０１１９】
図５１は、第１７の実施例で用いることが出来る放熱装置の一例の一部を示す説明図である。放熱装置は、円筒形の筒部１２６と、螺旋形（ネジ形状）のフィン１２８とを有している。円筒形の筒部１２６の中にコアレスモーターが格納される。本実施例のように、螺旋形のフィン１２８を有すると、空気をフィン１２８の溝に沿って移動させることができるため、放熱装置１２０が単純な円盤構造であるよりも、冷却効率を高めることができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
図５２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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２２】
図５３（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５３（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図５３（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５３（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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２３】
図５４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、上述した各種のモーターを利用することが可能である。
【０１２４】
図５５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、上述した各種のモーターを利用することが可能である。
【０１２５】
図５６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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２６】
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】
【０１２７】
１０、１０１１、１０１２…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、１５Ａ、１５Ｂ…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、１０６Ａ…コイルエンド
１０２Ａ…磁束
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
１１６…コイルバックヨーク
１１７…コイルケース
１１５ＢＣ、１１５ＢＳ…切り欠き部
１１９…平板
１２０…放熱装置
１２２…熱伝導部
１２４…放熱板
１２６…筒部 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
２０２Ａ、２０７Ａ…磁束
２１０…磁性体部材
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２４１…ベアリングボール
２６０…コイルバネ
３００、３００Ａ…磁気センサー
３０１…検知方向
３１０…回路基板
３１２…筐体
３１４…減速機
３２０…関節部
３２２…傘歯車
３２４…傘歯車
３２６…回転軸
３３０…前腕部
５１０…熱伝導性樹脂
６００…モーター内蔵タイヤ
６０５…タイヤ
６１０…ホイール
６２０…ホイールナット
１０００…制御装置
１０３０…エンコーダー
１１１０…主制御部
１１２０…駆動制御回路
１１３０…ＰＷＭ制御部
１１４０…ブリッジ回路
１１５０…電流検出部
１１６０…計測値算出部
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、電気機械装置の温度を高くさせない構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトの一端部が放熱構造を有するブラケットに支持されているモーターが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１６８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モーターをロボット内に組み込む場合、樹脂化による成型化が望まれている。しかし、特許文献１の構造では、モーターのケースにアルミなどの熱伝導性材料を用いなければならず、ケースの樹脂化が困難であった。モーターを発電機として用いる場合についても同様にケースの樹脂化が求められている。
【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、モーターや発電機などの電気機械装置の温度が高くならないように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、第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、放熱板と、前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、を備え、前記コイルバックヨークは、前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている、電気機械装置。
この適用例によれば、放熱板がコイルバックヨークに直接接続されているので電気機械装置において生ずる熱を容易に放熱することができる。なお、コイルバックヨークは、第１の磁束の方向、及び第１の部材と第２の部材との間の相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されているので、渦電流損による発熱を抑制できる。その結果、電機機械装置の温度を高くならないようにできる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の電気機械装置において、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、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、コイルエンド領域における発熱を抑制できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２に記載の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。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。
【００１０】
［適用例４］
適用例１から適用例３のうちのいずれか一つの適用例に記載の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、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］
適用例１から適用例３のうちのいずれか一つの適用例に記載の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、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のうちのいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置において、前記第１の部材は、さらに、磁性体部材を有し、前記第２の部材は、さらに、前記永久磁石により生じる磁束の大きさを検知する磁気センサーを有しており、前記磁気センサーは、前記電磁コイルによって生じる磁束線の方向と前記磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置されており、前記磁性体部材は、前記磁気センサーと前記永久磁石の間に配置されている、電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルの電流による磁気センサーの波形の歪を抑制し、かつ磁気センサーの波形を飽和させないことが出来る。その結果、コアレス電気機械装置を効率よく駆動することができる。
【００１３】
［適用例７］
適用例１から適用例６のうちのいずれか一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の部材と前記第２の部材は、前記第１の部材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、前記第１の部材と前記第２の部材の対向する円筒面に対向して配置されており、前記磁性体部材は、前記回転軸の軸方向と平行な方向における前記永久磁石の端面に配置されている、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。
【００１４】
［適用例８］
適用例７に記載の電気機械装置において、前記磁気センサーが配置される位置は、前記電磁コイルのコイルエンドと前記回転軸の間であって、前記コイルエンドから前記回転軸に対して直角に降ろした放射線上である、電気機械装置。
この適用例によれば、磁気センサーを、電磁コイルによって生じる磁束線の方向と磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置することができる。
【００１５】
［適用例９］
ロボットであって、適用例１から適用例８のいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置と、前記電気機械装置が配置される筐体と、を備え、前記筐体は、前記電気機械装置の前記コイルバックヨークに接続されており、前記電気機械装置の放熱板として機能する、ロボット。
この適用例によれば、ロボットの筐体を放熱板として用いることが出来るので、電気機械装置に生じる熱を容易に放熱させることが出来る。
【００１６】
［適用例１０］
車輪であって、適用例１から適用例８のいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置と、前記電気機械装置に接続されたホイールとタイヤと、を備える、車輪。
この適用例によれば、車輪の電機機械装置を容易に放熱させることができる。
【００１７】
［適用例１１］
適用例１０に記載の車輪において、前記電気機械装置の前記放熱板は、ネジ形状を有している車輪。
この適用例によれば、ネジ形状に沿って空気を流すことが出来るので、電機機械装置の熱をより放熱させやすい。
【００１８】
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、電気機械装置の他、電気機械装置の放熱構造、ロボット、車輪等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】磁場解析のモデルを示す説明図である。
【図１１】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１２】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、トルクと回転数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、トルクと電流と、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、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。
【図１６】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１７】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１８】第２の実施例を示す説明図である。
【図１９】第３の実施例を示す説明図である。
【図２０】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２１】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２２】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２３】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２４】第４の実施例における磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。
【図２５】従来例における磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。
【図２６】磁気センサーの出力を示す説明図である。
【図２７】第４の実施例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。
【図２８】従来例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。
【図２９】対向するコイルのコイルエンドにかかるローレンツ力の向きを説明する説明図である。
【図３０】第５の実施例を示す説明図である。
【図３１】部分ケースと全覆ケースの温度変化を示す説明図である。
【図３２】第６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３３】第７の実施例を示す説明図である。
【図３４】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３５】第８の実施例を示す説明図である。
【図３６】コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。
【図３７】第９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３８】第１０の実施例を示す説明図である。
【図３９】第１１の実施例を示す説明図である。
【図４０】第１２の実施例を示す説明図である。
【図４１】第１３の実施例を示す説明図である。
【図４２】第１３の実施例における磁束を示す説明図である。
【図４３】第１４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４４】コアレスモーターの制御ブロックの一例を示す説明図である。
【図４５】第１５の実施例を示す説明図である。
【図４６】比較例のコアレスモーター１０１１を示す説明図である。
【図４７】他の比較例のコアレスモーター１０１２を示す説明図である。
【図４８】各モーターの発熱特性を比較する説明図である。
【図４９】第１６の実施例を示す説明図である。
【図５０】第１７の実施例を示す説明図である。
【図５１】第１７の実施例で用いることが出来る放熱装置の一例の一部を示す説明図である。
【図５２】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５３】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５４】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５５】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５６】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】
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。凸１５１ａ、１５１ｂの幅の和が同じであれば、凸１５１ａ、１５１ｂのそれぞれの幅は、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。凸１５１の頂部のふくらみや凸１５２の凹みの曲率は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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６参照）の方が、渦電流損が少なくなっている。
【００３３】
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（Ａ）に回転数−渦電流損特性を示し、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。ＪＮＥＸコアは、鋼板材の全域に６．５％のＳｉを含有しており、ＪＮＨＦコアは、鋼板材の両面域の各２５％に６．５％のＳｉを含有しており、鋼板材の両面域を除く中心部の５０％には、Ｓｉを含有していない。なお、一般的な珪素鋼板（Ｓｉ含有率３．５％）では、板厚を０．１ｍｍまで薄くすることは困難である。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。
【００３４】
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。
【００３５】
図１０は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図１０（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１０（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。
【００３６】
図１１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、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア（Ｓｉ含有６．５％）とパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）と珪素鋼板（Ｓｉ含有３．５％）を用い、比較した。コイルバックヨーク１１５の材料にＪＮＥＸ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、あるいは、珪素鋼板を用いた場合に比べ、大きな磁束密度が得られた。この結果は、透磁率では、パーマロイがＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアを上まわっているが、飽和磁束密度ではＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコアが上まわっていることに起因すると考えられる。また、ＪＮＥＸコアは、鋼板の内部がすべて均一な６．５の珪素の組成をもつ高珪素鋼板であり、従来の珪素鋼板と比較すると、シリコン含有率が大きい。磁束密度の測定結果とのシリコン含有率を考慮すれば、シリコン含有率の高い方が、磁束密度を大きくできると考えられる。また、珪素鋼板とＪＮＥＸコアのＳｉ含有率から考慮すると、パーマロイの磁束密度を越えるためには、Ｓｉ含有率が５％以上であればよいと推定される。
【００３７】
本実施例で測定した磁束密度の測定空間内には、実際のモーター１０では、電磁コイル１００が配置され、永久磁石２００と、電磁コイル１００とで「フレミング左手の法則」により回転運動が発生する。したがって、コイルバックヨーク１１５の材料を、パーマロイからＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア、あるいはＪＮＨＦコアに変更することにより、磁束密度を向上させることができ、モーター１０の性能（トルク、効率）を向上させることが可能となる。また、ＪＦＥスチール株式会社のＪＮＥＸコア、ＪＮＨＦコアは、材料の厚さが０．１［ｍｍ］と非常に薄く形成されることができる。そのため、上述したように、モーター１０の永久磁石２００の回転により生じる渦電流損についても非常に少なくすることが可能である。
【００３８】
図１２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。従来のコアレスモーター（コイルバックヨークを備えていない）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あった。しかし、本実施例の結果では、コア付きモーター以上の特性効果を得ることができた。このことは、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。
【００３９】
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１４〜１７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。
【００４０】
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１６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１７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。
【００４１】
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することが出来、結果的に渦電流損を発生させ難くすることが可能となる。
【００４２】
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。
【００４３】
［第２の実施例］
図１８は、第２の実施例のコアレスモーターを示す説明図である。図１８（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１８（Ｂ）は、コアレスモーター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、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、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。また、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは二相として、コイルエンドを含んだ実配置は省略し原理上での模擬した図として説明する。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１８（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。ケーシング１１０は、樹脂で形成されている。なお、ケーシング１１０は、軟磁性材によるコイルバックヨークとして、軟磁性粉材を含有した樹脂で覆う構造を有していてもよい。また、ケーシング１１０と電磁コイル１００の間に軟磁性材によるコイルバックヨークを設けてもよい。
【００４４】
ローター２０は、その外周に６つの永久磁石２００を有しており、ローター２０の中心に回転軸２３０が設けられている。この回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。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、この例では、ケーシング１１０の内側に、コイルバネ２６０が設けられており、このコイルバネ２６０が永久磁石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。
【００４５】
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、コイルバックヨーク１１５の外側に、電着塗装等（膜厚２０μｍ以下）による非伝導性（耐電圧＝１．２ｋＶ以上）を兼ねた熱伝導性樹脂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。
【００４６】
［第３の実施例］
図１９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。
【００４７】
図２０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３００ｍＮｍ超は、比較例Ｄまたは本実施例でしか実現することは出来ない。また、最大連続トルク３００ｍＮｍ超の実現時において、比較例Ｄでは、最大連続トルク３２３ｍＮｍに対し、出力が２５０Ｗと大出力を要するのに対し、本実施例では、より大きな３６０ｍＮｍの最大連続トルクに対し、出力が１１３Ｗ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、より高い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。図２０でも判るように、コアレスモーターにおける最大連続トルク特性は、モーターの発熱（消費電流＝銅損失）とケースサイズ（体積）により決定される。このケースサイズ（体積）の値が小さく、最大連続トルクの値が大きいことは、本願のコアレスモーターの消費電流（銅損失）が如何に小さいか、ということが言える。
【００４８】
[第４の実施例]
図２１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２１（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２１（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（２１Ｂ−２１Ｂ切断面）で切った断面である。
【００４９】
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２１（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図２２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２１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。
【００５５】
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。
【００５６】
図２３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２３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。
【００５７】
図２４は、第４の実施例における永久磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。図２４（Ｂ）、（Ｃ）は、図２４（Ａ）のＸ部分を拡大したものである。図２４（Ａ）においては、コイルバネ２６０を省略している。図２４（Ｂ）と（Ｃ）は、永久磁石２００の磁気の向きと、電磁コイル１００に流れる電流の向きが異なっている。第４の実施例では、磁気センサー３００は、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に降ろした垂線上に配置されている。永久磁石２００と、磁気センサー３００の間には、磁性体部材２１０が設けられている。この磁性体部材２１０は、例えば軟磁性体で構成されていてもよい。磁性体部材２１０は、磁束を通しやすいので、永久磁石２００から出る磁束線の数が同じであれば、磁性体部材２１０よりも外側に出る磁束線２０２Ａ、２０２Ｂの数は、磁性体部材２１０を通る分だけ少なくなる。その結果、磁気センサー３００が永久磁石２００に近接して配置されていても、磁気センサー３００の出力は飽和しにくい。
【００５８】
磁気センサー３００の磁束の検知方向３０１は、回転軸２３０の中心から外側に向かう径方向に沿った方向である。また、この検知方向３０１は、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂと直角に交わる方向である。したがって、電磁コイル１００に流れる電流の大きさが変わり、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わっても、磁気センサー３００の出力に変化は生じない。
【００５９】
図２５は、比較例における永久磁石と電磁コイルの磁束を示す説明図である。比較例では、永久磁石２００と、磁気センサー３００の間に、磁性体部材２１０が設けられていない。そのため、永久磁石２００の磁場が、図２４に示す磁場に比べてより遠方にまで広がっている。磁気センサー３００は、出力が飽和しないように、永久磁石２００からやや離れた位置に配置されている。この位置は、コイルエンド１０１から回転軸２３０側に垂線を降ろしたときの垂線上から図面左方にずれている。この位置では、磁気センサー３００の磁束の検知方向３０１と、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂの方向は、直角に交わらない。そのため、コイルエンド１０１の流れる電流が変化して、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わると、その影響を受けて、磁気センサー３００の出力が歪む恐れがある。
【００６０】
図２６は、磁気センサーの出力を示す説明図である。図２６（Ａ）は、軽負荷時（小電流時）における磁気センサー３００の出力を示している。この状態では、出力に歪みは生じていない。図２６（Ｂ）は、図３５（Ａ）重負荷時（大電流時）の磁気センサー３００の出力を示している。この状態では、磁気センサー３００の出力に歪みが生じている。図２６（Ｃ）は、図２５の磁気センサー３００の位置を、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に垂線を降ろしたときの垂線上にしたときの磁気センサー３００の出力を示している。なお、磁性体部材２１０は、配置されていない。この状態では、磁気センサー３００の出力が飽和している。図２６（Ｄ）は、図２４に示した実施例における磁気センサーの出力を示している。本実施例では、磁気センサー３００と、永久磁石２００の間に、磁性体部材が設けられているので重負荷時においても、磁気センサー３００の出力は、飽和もしていない。また、磁気センサー３００がコイルエンド１０１の直下の位置に設けられているので、磁気センサー３００の出力が歪むことのない正常な波形を示している。なお、磁性体部材２１０の厚さを、磁気センサー３００がコイルエンド１０１の直下の位置に配置したときに磁気センサー３００の出力が歪むことのない正常な波形を示すような厚さに設定しておくことが好ましい。この厚さは永久磁石２００の磁場の強さに依存する。
【００６１】
また、磁性体部材２１０は、永久磁石２００が電磁コイル１００に対して相対的に移動する際に、磁気センサー３００の出力波形が電磁コイル１００に生じる逆起電力波形（振幅−Ｖ〜＋Ｖの正弦波）を正規化した波形（振幅０〜＋Ｖの正弦波）と同等の波形となるように、永久磁石２００の移動方向の側面に設けられており、磁気センサー３００は、磁性体部材２１０から漏れた永久磁石２００の磁束を検出し、電磁コイル１００は、磁気センサー３００の出力波形に対応してＰＷＭ駆動されることが好ましい。ＰＷＭ駆動では、逆起電力波形と同等の波形で電磁コイルを駆動すると効率が良い。この実施例によれば、磁気センサー３００の出力波形が電磁コイル１００に生じる逆起電力波形（振幅−Ｖ〜＋Ｖの正弦波）を正規化した波形（振幅０〜＋Ｖの正弦波）と同等の波形となるので、コアレスモーターを効率よく駆動することができる。
【００６２】
以上のように、比較例の場合、磁気センサー３００の出力を歪ませないように、磁気センサー３００をコイルエンド１０１の直下に配置すると出力が飽和し、一方、出力を飽和させないように磁気センサー３００を永久磁石２００から遠い位置に配置すると、出力が歪むという問題がある。しかし、本実施例のように、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束の方向と磁気センサー３００が検知する磁束の方向とが垂直に交わる位置に配置し、磁気センサー３００と、永久磁石２００との間に磁性体材料を配置することにより、磁気センサー３００の出力において歪も発生させず、飽和の発生も抑制することが可能となる。
【００６３】
図２７は、第４の実施例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。図２７（Ａ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＮ極がある場合を示し、図２７（Ｂ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＳ極がある場合を示している。なお、図２７（Ａ）と図２７（Ｂ）では、電磁コイル１００に流れる電流の向きも逆である。コイルエンド１０１が永久磁石２００から受けるローレンツ力の大きさは、Ｆ１＝Ｉ×Ｂ１で示される。ここで、Ｉは、コイルエンド１０１を流れる電流の大きさ、Ｂ１は、コイルエンド１０１における永久磁石２００による磁束密度である。尚、磁気センサー３００の実装状態は、回路基板から離れて浮いた状態となっているが、前記コイルエンド１０１の力Ｆ１の影響を受けるため、磁気センサー３００は、樹脂、モールド材等で固定されていることが好ましい。
【００６４】
図２８は、比較例におけるコイルエンドにかかるローレンツ力を示す説明図である。図２８（Ａ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＮ極がある場合を示し、図２８（Ｂ）は、電磁コイル１００側に永久磁石２００のＳ極がある場合を示している。同様に、コイルエンド１０１が永久磁石２００から受けるローレンツ力の大きさは、Ｆ２＝Ｉ×Ｂ２で示される。ここで、従来例では、磁性体部材２１０が無いため、コイルエンド１０１における磁束密度Ｂ２が、図３６に示す場合よりも大きい。したがって、Ｆ１＜Ｆ２であり、磁性体部材２１０を備える第４の実施例の方が、コイルエンド１０１にかかるローレンツ力が小さい。
【００６５】
図２９は、対向するコイルのコイルエンドにかかるローレンツ力の向きを説明する説明図である。図２９（Ａ）は第４の実施例をコイルエンド側から見たときの説明図、図２９（Ｂ）は、第４の実施例を図２９（Ａ）の右側から見たときの説明図である。図２９（Ｂ）の上部にある永久磁石２００の磁束線２０２Ａの向きが左方向、コイルエンド１０１Ａに流れる電流の向きが出前から奥であるので、コイルエンド１０１Ａにかかるローレンツ力は、回転軸２３０の中心から外に向かう方向である。一方、図２９（Ｂ）の下部における永久磁石２０５の磁束線２０７Ａの向きが右方向、コイルエンド１０６Ａに流れる電流の向きが奥から手前であるので、コイルエンド１０６Ａにかかるローレンツ力は、外から回転軸２３０の中心に向かう方向である。コイルエンド１０１Ａと１０６Ａは対向しているので、コイルエンド１０１Ａにかかるローレンツ力とコイルエンド１０６Ａにかかるローレンツ力は同じ方向である。ローター２０は、コイルエンド１０１Ａ、１０６Ａからそれぞれローレンツ力と反対向きに力を受ける。このとき、コイルエンド１０１Ａ、１０６Ａから受ける力は同じ方向なので、打ち消し合わない。したがって、ローター２０を振動させる力が働く。図２９（Ｃ）は比較例をコイルエンド側から見たときの説明図、図２９（Ｄ）は、比較例を図２９（Ｃ）の右側から見たときの説明図である。図２９（Ａ）、（Ｂ）に示す本実施例とは、力Ｆの大きさが異なる。
【００６６】
ところで、図２９（Ａ）、（Ｂ）に示した第４の実施例と、図２９（Ｃ）、（Ｄ）に示した従来例では、ローター２０がコイルエンド１０１Ａ、１０６Ａから受ける力の向きは同じである。しかし、第４の実施例では、磁性体部材２１０を備えているので、コイルエンドにおける磁束線２０２Ａ、２０７Ａの数が少ない。したがって、第４の実施例の方が、ローター２０が振動しにくい。すなわち、磁性体部材２１０を備えることにより、ローター２０の振動を抑制することが可能となる。なお、電磁コイル１００は、永久磁石２００を挟むように３組あり、それぞれの組に生じるローレンツ力Ｆ、Ｆ２、Ｆ３は、向きが１２０度ずれている。ここで、理想的には、ローレンツ力Ｆ、Ｆ２、Ｆ３の大きさは同じであるが、現実のモーターでは、若干異なり、ローター２０の振動の原因となり得る。
【００６７】
なお、本実施例では、インナーローター型のモーターを用いて説明したが、アウターローター型のモーターであってもよい。
【００６８】
［第５の実施例］
図３０は、第５の実施例を示す説明図である。第５の実施例は、ケース１１０の材料として、熱伝導性に優れたアルミニウム、アルミニウム合金を用いている。図３０（Ａ）に示す実施例は、ケース１１０のうち、有効長領域１１３と重ならない部分がアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で形成されている部分ケースであり、図３０（Ｂ）に示す例では、有効長領域１１３を含む全部がアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で形成されている全覆ケースである。
【００６９】
図３１は、部分ケースと全覆ケースの温度変化を示す説明図である。図３１から明らかなように、部分ケースよりも全覆ケースの方が、温度が上がりにくい。これは以下のように考えられる。部分ケース（図３０（Ａ））の場合、積層された鋼板材間に絶縁膜が形成されるので、鋼板の積層方向には熱が伝わりにくい。したがって、有効長領域１１３で発生した熱は、円盤形状部分１１２に伝わりにくい。一方、全覆ケース（図３０（Ｂ））の場合、有効長領域１１３の放射方向外側はアルミニウム、あるいはアルミニウム合金で覆われている。そのため、有効長領域１１３で発生した熱は、有効長領域１１３の放射方向外側のアルミニウムあるいは、アルミニウム合金部分を経由して円盤形状部分１１２に伝わる。したがって、部分ケースよりも全覆ケースの方が円盤形状部分１１２に熱が伝わりやすく、広い面積で放熱することができる。
【００７０】
[第６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３２は、第６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。
【００７１】
［第７の実施例］
図３３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３３（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３３（Ｂ）は、ローターの平面図を示し、図３３（Ｃ）は、電磁コイル１００Ａの平面図を示し、図３３（Ｄ）は、電磁コイル１００Ｂの平面図を示し、図３３（Ｅ）は、コイルバックヨーク１１５Ａの平面図を示している。第７の実施例は、第６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６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。
【００７２】
以下は、第６の実施例と異なる点である。第７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３３（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７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７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７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６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。
【００７３】
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６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。
【００７４】
図３４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１１９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１１９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１１９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１１９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１１９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。
【００７５】
［第８の実施例］
図３５は、第８の実施例を示す説明図である。第８の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図３５（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３５（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。
【００７６】
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３３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。
【００７７】
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３３（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。
【００７８】
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。
【００７９】
［第９の実施例］
図３６は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図３６（Ａ）に示すコイルバックヨーク１１５は、図３４に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図３６（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３６（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３６（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３６（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３６（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つ以上に分かれてしまうからである。
【００８０】
図３７は、第９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３６（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３６（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３６（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。
【００８１】
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。
【００８２】
［第１０の実施例］
図３８は、第１０の実施例を示す説明図である。第１０の実施例は、第４の実施例の円筒形部材１１３に第９の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図３８（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３８（Ｂ）は、図３８（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３８（Ｃ）は、図３８（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。
【００８３】
［第１１の実施例］
図３９は、第１１の実施例を示す説明図である。第１１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。
【００８４】
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。
【００８５】
［第１２の実施例］
図４０は、第１２の実施例を示す説明図である。第１２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。
【００８６】
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。
【００８７】
［第１３の実施例］
図４１は、第１３の実施例を示す説明図である。図４１（Ａ）は、本発明の第１３の実施例におけるコアレスブラシレスモーターの構成を示す断面図である。このモーター１０は、略円盤状の第１と第２のステーター１５Ａ、１５Ｂと、略円盤状のローター２０とを有している。ステーター１５Ａ、１５Ｂ及びローター２０は、ケーシング１１０収められている。
【００８８】
図４１（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれステーター１５Ａ、１５Ｂの構成を示す説明図である。ステーター１５Ａは、個別にリング状に導線が巻き回された複数の電磁コイル１００Ａを備えている。ここで、「リング状」とは、円形に限らず、図４１（Ｂ）の電磁コイル１００Ａのような略扇形や、楕円形状などの種々の形状を含む広い意味を有している。ステーター１５Ｂの構成はステーター１５Ａの構成と同じである。
【００８９】
図４１（Ｄ）はローター２０の構成を示す説明図である。ローター２０は、円環状に配置された８つの永久磁石２００を有している。ローター２０の中心は回転軸２３０に固定されている。永久磁石２００の磁化方向は図３９（Ａ）の上下方向であり、図４１（Ｄ）では紙面に垂直な方向である。永久磁石２００の外周には、磁性体部材２１０が設けられている。
【００９０】
図４１（Ａ）示すように、ローター２０は、ステーター１５Ａ、１５Ｂに挟まれている。ローター２０の外側には、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂが配置されている。磁気センサー、ローター２０の位置を検出するために設けられている。第１と第２のステーター１５Ａ、１５Ｂ及び磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、モーター１０のケーシング１１０に固定されている。
【００９１】
図４２は、第１３の実施例における磁束を示す説明図である。この図４２は、図２５，図２７とほぼ同じである。第１３の実施例においても、コイルエンド１０１Ａを流れる電流による磁束１０２Ａの方向と、磁気センサー３００の検知する磁束の方向（矢印３０１の方向）は直交する。したがって、コイルエンド１０１Ａを流れる電流の大きさにより、磁気センサー３００の出力は、影響を受けない。また、磁気センサー３００と永久磁石２００の間に磁性体部材２１０を備えるので、磁気センサー３００の出力が飽和し難い。したがって、第２の実施例によっても、磁気センサー３００の出力における歪みや飽和の発生を抑制することが可能となる。
【００９２】
［第１４の実施例］
第１から第３の実施例では、積層構造を有するコイルバックヨーク１１５を有するコアレスモーター１０について説明し、第４の実施例では、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束の方向と磁気センサー３００が検知する磁束の方向とが垂直に交わる位置に配置し、磁気センサー３００と、永久磁石２００との間に磁性体材料を配置したコアレスモーター１０について説明した。第１４の実施例はこの両者の特徴を備えるコアレスモーターである。
【００９３】
図４３は、第１４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。ここで、図４３（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を示しており、図４３（Ｂ）は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面（４３Ｂ−４３Ｂ切断面）で切った断面を示している。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４３（Ａ））。磁気センサー３００は、電磁コイル１００のコイルエンド１０１から回転軸２３０側に降ろした垂線上に配置されている。なお、磁気センサー３００は、回路基板３１０と接続されており、回路基板３１０は、ケーシング１１０に固定されている。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１１は、磁性体部材で形成された中央部１１３と、樹脂で形成された残りの部分と、を有する。中央部１１３は、コイルバックヨークとして機能するので、「コイルバックヨーク１１３」とも呼ぶ。コイルバックヨーク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を投射する領域に配置されている。コイルバックヨーク１１３は、磁束線２０１を集めるので、磁束線２０１は電磁コイル１００の内部を通りやすくなり、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。しかし、磁束線２０１が通りやすいと、以下に説明するように、コイルバックヨーク１１３に渦電流が発生し易くなる。
【００９７】
本実施例では、コイルバックヨーク１１３は、磁性体部材であると同時に、導電性部材でもある。上述のように、コイルバックヨーク１１３は、永久磁石２００や電磁コイルからの磁束線を通しやすい。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。
【００９８】
ここで、コイルバックヨーク１１３は、例えば、図５に示したコイルバックヨーク１１５、あるいは図６に示したコイルバックヨーク１１５ｂと同様な積層構造を有していることが好ましい。このような積層構造を備えることにより、回転軸２３０と配向な方向の渦電流を抑制することが出来、渦電流損により電力損失を抑制してコアレスモーターの効率を良くし、高トルクの実現が可能となる。
【００９９】
なお、コイルバックヨーク１１３は、図３８に示すように、切り欠き部１１３ＢＳ、１１３ＢＣを備える構成であってもよい。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。
【０１００】
次に、磁気センサー３００の磁束を検知する方向について、図２４（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明する。第１４の実施例における磁気センサー３００の磁束を検知する方向３０１は、図２４で示した第４の実施例と同様であり、回転軸２３０の中心から外側に向かう径方向に沿った方向である。また、この検知方向３０１は、コイルエンド１０１の流れる電流により生じる磁束１０２Ａ、１０２Ｂと直角に交わる方向である。したがって、電磁コイル１００に流れる電流の大きさが変わり、磁束線１０２Ａ、１０２Ｂの数が変わっても、磁気センサー３００の出力に変化は生じない。
【０１０１】
また、第１４の実施例では、第４の実施例と同様に、永久磁石２００と、磁気センサー３００の間には、磁性体部材２１０が設けられている。この磁性体部材２１０は、例えば軟磁性体で構成されていてもよい。磁性体部材２１０は、磁束を通しやすいので、永久磁石２００から出る磁束線の数が同じであれば、磁性体部材２１０よりも外側に出る磁束線２０２Ａ、２０２Ｂの数は、磁性体部材２１０を通る分だけ少なくなる。その結果、磁気センサー３００が永久磁石２００に近接して配置されていても、磁気センサー３００の出力は飽和しにくい。その結果、磁気センサー３００の出力において歪も発生させず、飽和の発生も抑制することが可能となる。すなわち重負荷時であっても、磁気センサー３００の出力は、図２６（Ｄ）に示すような正弦波となる。一般的にモーターでは、逆誘起電力波形、すなわち正弦波で駆動すると効率がよい。第１４の実施例によれば、磁気センサー３００を、電磁コイル１００によって生じる磁束線の方向と磁気センサー３００が検知する磁束線の方向３０１とが垂直に交わる位置に配置し、磁性体部材２１０を、磁気センサー３００と永久磁石２００との間に配置するので、磁気センサー３００の出力における歪みや飽和の発生を抑制し、きれいな正弦波を出力することができる。そして、この磁気センサーの出力を用いてコアレスモーター１０の駆動信号を生成すれば、コアレスモーター１０を効率的に駆動でき、高トルクが実現できる。
【０１０２】
第１４の実施例では、ラジアルギャップ型のコアレスモーター１０について説明したが、アキシャルギャップ型のコアレスモーターであってもよい。
【０１０３】
図４４は、コアレスモーターの制御ブロックの一例を示す説明図である。このモーターシステムは、制御装置１０００と、コアレスモーター１０と、を備えている。コアレスモーター１０は、ローターの回転角（位相）を検出するために、磁気センサー３００とエンコーダー１０３０とを備えている。なお、エンコーダー１０３０は省略可能である。
【０１０４】
制御装置１０００は、ＣＰＵを含む主制御部１１１０と、駆動制御回路１１２０と、ＰＷＭ制御部１１３０と、ブリッジ回路１１４０と、電流検出部１１５０と、計測値算出部１１６０とを備えている。計測値算出部１１６０は、電流検出部１１５０から出力される検出電流信号Ｉｍｅｓと、磁気センサー３００から出力される磁気センサー信号Ｓｍａｇと、エンコーダー１０３０から出力されるエンコーダー信号Ｓｅｎｃとに基づいて、最大電流値Ｉｍａｘ及び平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとを算出する演算回路である。なお、磁気センサー信号Ｓｍａｇは、歪みや飽和の存在しない逆起電力電圧波形に忠実な相似関係となる電圧波形であることが好ましい。
【０１０５】
駆動制御回路１１２０とＰＷＭ制御部１１３０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてコアレスモーター１０の制御を実行する。具体的には、駆動制御回路１１２０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてＰＷＭ制御におけるパルス幅を調整する調整値を決定し、この調整値に基づいてＰＷＭ制御部１１３０がＰＷＭ制御信号を生成する。ブリッジ回路１１４０は、複数のスイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路であり、このブリッジ回路１１４０からコアレスモーター１０の電磁コイル１００（例えば図４１）に駆動電圧が供給される。これにより、コアレスモーター１０が駆動される。なお、電流検出部１１５０は、ブリッジ回路１１４０に流れる電流（すなわちコアレスモーター１０のコイル電流）を測定する電流センサーである。
【０１０６】
［第１５の実施例］
図４５は、第１５の実施例を示す説明図である。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コアレスの電磁コイル１００を有している。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、配置されている。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。
【０１０７】
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。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。
【０１０８】
ケーシング１１０は、回転軸２３０と平行な円筒形状部分（側面部）１１５と、円筒形状部分１１５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。円盤形状部分１１２は、樹脂で形成されている。円筒形状部分１１５は、回転軸２３０と平行な方向に重ねられた複数の積層鋼板で形成されている（例えば図５参照）。円筒形状部分１１５は、コイルバックヨークとして機能するので、この円筒形状部分１１５をコイルバックヨークと呼ぶ。コイルバックヨーク１１５は、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を投射したときの投射領域と重なる。
【０１０９】
ステーター１５のコイルバックヨーク１１５の放射方向外側には、放熱装置１２０が接続されている。放熱装置１２０は、アルミニウム（熱伝導率２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの熱伝導性のよい材料で形成されており、熱伝導部１２２と、放熱板１２４と、を有している。放熱板１２４は、熱伝導部１２２により、コイルバックヨーク１１５に接続されている。コイルバックヨーク１１５は、コアレスモーター１０が動作すると、渦電流損により発熱する。この熱は、熱伝導部１２２を介して、放熱板１２４に伝導され、放熱される。なお、アルミニウムの他に銅（熱伝導率３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いても良い。
【０１１０】
図４６は、比較例のコアレスモーター１０１１を示す説明図である。図４５に示すコアレスモーター１０は、ケーシング１１０の円盤形状部分１１２が樹脂で形成されているのに対し、図４６に示すコアレスモーター１０１１は、アルミニウムで形成されている点が異なる。また、図４５に示すコアレスモーター１０では、放熱装置１２０が、コイルバックヨーク１１５に接続されているのに対し、図４６に示すコアレスモーター１０１１では、放熱装置１２０が、アルミニウム（熱伝導率２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））の円盤形状部分１１２に接続されている点が異なる。
【０１１１】
図４７は、他の比較例のコアレスモーター１０１２を示す説明図である。図４７に示すコアレスモーター１０１２のケーシング１１０は、コイルバックヨーク１１５と、円盤形状部分１１２に加えて、アルミ円筒部材１１８を備える。アルミ円筒部材１１８は、コイルバックヨーク１１５の放射方向外側を覆うように配置されており、２つのアルミニウムの円盤形状部分１１２に接続されている。図４６に示すコアレスモーター１０１１では、コイルバックヨーク１１５が剥き出しになっているが、図４７に示すコアレスモーター１０１２では、コイルバックヨーク１１５が剥き出しになっていない。
【０１１２】
図４８は、各モーターの発熱特性を比較する説明図である。なお、放熱板１２４の大きさは同じにしている。図４５に示す第１５の実施例のコアレスモーター１０の温度が最も低く、次いで、図４７に示すコアレスモーター１０１２の温度が低い。図４６に示すコアレスモーター１０１１は、両者と比較すると、２５℃から３０℃高くなっている。この理由は以下のように考えられる。
【０１１３】
図４５に示したコアレスモーター１０では、コイルバックヨーク１１５に生じた熱は、直接放熱装置１２０に伝わる。一方、図４６に示したコアレスモーター１０１１では、コイルバックヨーク１１５で生じた熱は、円盤形状部分１１２に伝わり、さらに、放熱装置１２０に伝わる。ここで、コイルバックヨーク１１５は、回転軸２３０と平行な方向に重ねられた複数の積層鋼板で形成されているので、回転軸２３０と平行な方向への熱が伝導し難い。すなわち、コイルバックヨーク１１５の積層方向の中央近傍で発生した熱は、円盤形状部分１１２に伝わり難い。したがって、コアレスモーター１０に比較して、コアレスモーター１０１１は放熱されにくく、温度が高くなる。また、図４７に示したコアレスモーター１０１２では、コイルバックヨーク１１５で生じた熱は、円盤形状部分１１２に伝わり、放熱装置１２０に伝わる他、コイルバックヨーク１１５からアルミ円筒部分１１８に伝わり、さらに、円盤形状部分１１２に伝わり、放熱装置１２０に伝わる。コイルバックヨーク１１５中においては、回転軸２３０と平行な方向へは、上述したように、熱が伝導し難いが、回転軸２３０と垂直な方向へは熱が伝導しやすい。そして、アルミ円筒部分１１８においては、回転軸２３０と平行な方向へ熱が伝導しやすい。したがって、図４７に示すコアレスモーター１０１２は、図４６に示すコアレスモーター１０１１より放熱しやすい。なお、図４５に示すコアレスモーター１０は、放熱装置１２０が直接コイルバックヨーク１１５に接続しているため、図４７に示すコアレスモーター１０１２より放熱しやすい。
【０１１４】
以上、本実施例によれば、放熱装置１２０をコイルバックヨーク１１５に直接接続するので、コアレスモーター１０の放熱性を高めることが出来る。また、円盤形状部分１１２に放熱装置１２０を設ける場合（例えばコアレスモーター１０１１、１０１２）、円盤形状部分１１２にアルミニウムなどの熱伝導性の良い材料を用いなければ、コアレスモーター１０１１、１０１２の放熱性を高めることが出来ない。しかし、本実施例によれば、コイルバックヨーク１１５に放熱装置を接続することにより、円盤形状部分１１２を樹脂化することが可能となる。すなわち、コアレスモーター１０の樹脂ケース化を実現することができる。
【０１１５】
図４９は、第１６の実施例を示す説明図である。第１６の実施例は、ロボットアーム３００である。ロボットアーム３００は、上腕部３１０と、関節部３２０と、前腕部３３０と、を備える。上腕部３１０は、筐体３１２と、コアレスモーター１０と、減速機３１４と、を備える。コアレスモーター１０は、筐体３１２の端部に配置されており、減速機３１４は、コアレスモーター１０に接続されている。コアレスモーター１０は、例えば実施例１５で説明したコアレスモーター１０を採用することができる。ここで、コアレスモーター１０のコイルバックヨーク（図４９では省略、図４５参照）が筐体３１２と接続されている。筐体３１２は、放熱性の高い金属で構成されており、ロボットアーム３００の剛性部材であるとともに、コアレスモーター１０の放熱部材でもある。減速機３１４は、コアレスモーター１０の回転軸２３０（図４９では省略、図４５参照）と接続されている。減速機３１４は、コアレスモーター１０の回転数を減じて出力する。減速機３１４として、例えば遊星歯車機構を用いることが可能である。
【０１１６】
関節部３２０は、傘歯車３２２、３２４と、回転軸３２６と、を備える。傘歯車３２２は、減速機３１４と接続されている。と傘歯車３２２と傘歯車３２４とは、ほぼ直角に交わっている。回転軸３２６は、傘歯車３２４の回転軸である。前腕部３３０は、回転軸３２６と直角方法に伸びている。この構成によれば、コアレスモーター１０を回転させると、前腕部３３０を上腕部３１０に対して旋回させることができる。なお、ここに示した例は一例であり、モーター、歯車の組み合わせにより、さらに複雑な動作をするロボットアームを構成することが可能である。
【０１１７】
以上、本実施例によれば、放熱性の高い金属で構成された筐体３１２がコアレスモーター１０のコイルバックヨーク１１５（図４５）に接続されているので、コアレスモーター１０で生じた熱を容易に放熱することができる。また、筐体３１２が放熱装置でもあるので、放熱板を別に準備する必要がない。
【０１１８】
図５０は、第１７の実施例を示す説明図である。第１７の実施例は、コアレスモーター１０を車両のモーター内蔵タイヤに適用したものである。モーター内蔵タイヤ６００は、コアレスモーター１０と、タイヤ６０５と、ホイール６１０と、ホイールナット６２０と、を備える。コアレスモーター１０は、第１５の実施例で説明したコアレスモーター１０と同様に、電磁コイル１００と、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５と、回転軸２３０と、軸受け２４０と、放熱装置１２０と、を備える。コアレスモーター１０の構成は第１５の実施例と同様である。本実施例では、回転軸２３０は、ホイールナット６２０によりホイール６１０に接続されている。ホイール６１０にはタイヤ６０５が取り付けられている。放熱装置１２０は、コイルバックヨーク１１５の外側に接続されている。また、放熱装置１２０は、ホイール６１０の内側に収納されている。コアレスモーター１０が回転してホイール６１０及びタイヤ６０５が回転すると、ホイール内部に空気が流れ、放熱装置１２０を冷却する。これにより、コアレスモーター１０の熱は、放熱装置から放熱される。このように、コイルバックヨーク１１５に放熱装置を接続する構成は、モーター内蔵タイヤ６００にも適用可能である。
【０１１９】
図５１は、第１７の実施例で用いることが出来る放熱装置の一例の一部を示す説明図である。放熱装置は、円筒形の筒部１２６と、螺旋形（ネジ形状）のフィン１２８とを有している。円筒形の筒部１２６の中にコアレスモーターが格納される。本実施例のように、螺旋形のフィン１２８を有すると、空気をフィン１２８の溝に沿って移動させることができるため、放熱装置１２０が単純な円盤構造であるよりも、冷却効率を高めることができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
図５２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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２２】
図５３（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５３（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図５３（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５３（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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２３】
図５４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、上述した各種のモーターを利用することが可能である。
【０１２４】
図５５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、上述した各種のモーターを利用することが可能である。
【０１２５】
図５６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、上述した各種のモーターを利用することができる。
【０１２６】
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】
【０１２７】
１０、１０１１、１０１２…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、１５Ａ、１５Ｂ…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、１０６Ａ…コイルエンド
１０２Ａ…磁束
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
１１６…コイルバックヨーク
１１７…コイルケース
１１５ＢＣ、１１５ＢＳ…切り欠き部
１１９…平板
１２０…放熱装置
１２２…熱伝導部
１２４…放熱板
１２６…筒部 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
２０２Ａ、２０７Ａ…磁束
２１０…磁性体部材
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２４１…ベアリングボール
２６０…コイルバネ
３００、３００Ａ…磁気センサー
３０１…検知方向
３１０…回路基板
３１２…筐体
３１４…減速機
３２０…関節部
３２２…傘歯車
３２４…傘歯車
３２６…回転軸
３３０…前腕部
５１０…熱伝導性樹脂
６００…モーター内蔵タイヤ
６０５…タイヤ
６１０…ホイール
６２０…ホイールナット
１０００…制御装置
１０３０…エンコーダー
１１１０…主制御部
１１２０…駆動制御回路
１１３０…ＰＷＭ制御部
１１４０…ブリッジ回路
１１５０…電流検出部
１１６０…計測値算出部
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】
電気機械装置であって、
第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、
前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、
前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、
放熱板と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、
を備え、
前記コイルバックヨークは、
前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、
前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、
前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、
前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている、
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、電気機械装置。
【請求項３】
請求項２に記載の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。電気機械装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の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、電気機械装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の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のうちのいずれか一項に記載の電気機械装置において、
前記第１の部材は、さらに、磁性体部材を有し、
前記第２の部材は、さらに、前記永久磁石により生じる磁束の大きさを検知する磁気センサーを有しており、
前記磁気センサーは、前記電磁コイルによって生じる磁束線の方向と前記磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置されており、
前記磁性体部材は、前記磁気センサーと前記永久磁石の間に配置されている、電気機械装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６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の部材と前記第２の部材は、前記第１の部材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、前記第１の部材と前記第２の部材の対向する円筒面に対向して配置されており、
前記磁性体部材は、前記回転軸の軸方向と平行な方向における前記永久磁石の端面に配置されている、電気機械装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電気機械装置において、
前記磁気センサーが配置される位置は、前記電磁コイルのコイルエンドと前記回転軸の間であって、前記コイルエンドから前記回転軸に対して直角に降ろした放射線上である、電気機械装置。
【請求項９】
ロボットであって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気機械装置と、
前記電気機械装置が配置される筐体と、
を備え、
前記筐体は、
前記電気機械装置の前記コイルバックヨークに接続されており、前記電気機械装置の放熱板として機能する、ロボット。
【請求項１０】
車輪であって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気機械装置と、
前記電気機械装置に接続されたホイールとタイヤと、
を備える、車輪。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車輪において、
前記電気機械装置の前記放熱板は、ネジ形状を有している車輪。
【請求項１】
電気機械装置であって、
第１の磁束を生じる永久磁石を有する第１の部材と、
前記第１の部材と相対的に移動する第２の部材であって、前記第１の磁束部と対向するように配置され、第２の磁束を生じる電磁コイルを有する第２の部材と、
前記第１の磁束を集中させるコイルバックヨークと、
放熱板と、
前記永久磁石と前記電磁コイルとを格納するケースと、
を備え、
前記コイルバックヨークは、
前記第１の磁束の方向及び前記相対的移動方向の両方に垂直な方向に積層された積層鋼板で形成されており、
前記電磁コイルの前記永久磁石と反対側に配置され、前記ケースの一部を形成し、
前記ケースの前記コイルバックヨーク部分を除く部分は樹脂により形成されており、
前記放熱板は、前記コイルバックヨークに接続されている、
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、電気機械装置。
【請求項３】
請求項２に記載の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。電気機械装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の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、電気機械装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の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のうちのいずれか一項に記載の電気機械装置において、
前記第１の部材は、さらに、磁性体部材を有し、
前記第２の部材は、さらに、前記永久磁石により生じる磁束の大きさを検知する磁気センサーを有しており、
前記磁気センサーは、前記電磁コイルによって生じる磁束線の方向と前記磁気センサーが検知する磁束線の方向とが垂直に交わる位置に配置されており、
前記磁性体部材は、前記磁気センサーと前記永久磁石の間に配置されている、電気機械装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６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の部材と前記第２の部材は、前記第１の部材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、前記第１の部材と前記第２の部材の対向する円筒面に対向して配置されており、
前記磁性体部材は、前記回転軸の軸方向と平行な方向における前記永久磁石の端面に配置されている、電気機械装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電気機械装置において、
前記磁気センサーが配置される位置は、前記電磁コイルのコイルエンドと前記回転軸の間であって、前記コイルエンドから前記回転軸に対して直角に降ろした放射線上である、電気機械装置。
【請求項９】
ロボットであって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気機械装置と、
前記電気機械装置が配置される筐体と、
を備え、
前記筐体は、
前記電気機械装置の前記コイルバックヨークに接続されており、前記電気機械装置の放熱板として機能する、ロボット。
【請求項１０】
車輪であって、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電気機械装置と、
前記電気機械装置に接続されたホイールとタイヤと、
を備える、車輪。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車輪において、
前記電気機械装置の前記放熱板は、ネジ形状を有している車輪。
【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４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【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４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【公開番号】特開２０１２−１２５０８８（Ｐ２０１２−１２５０８８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５４４７（Ｐ２０１０−２７５４４７）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【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６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【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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