(57)【要約】【課題】ローター磁石からの軸と平行な方向の漏れ磁束を抑制するとともに、ローター磁石の遊離を防止する。【解決手段】ローターと、ローターの外周に配置されたステーターと、を有する電気機械装置である。ローターは、回転軸と、回転軸の外周に沿って円筒状に固定配置された複数のローター磁石と、複数のローター磁石に、複数のローター磁石の外周に沿って固定配置され、非磁性体で構成された円筒状のパイプ部材と、回転軸の軸方向の複数のローター磁石の両側の端部に、複数のローター磁石の端部の側面に接するように固定配置され、軟磁性体で構成された磁石サイドヨークと、を備える。円筒状のパイプ部材は、回転軸の中心から外周へ向かう放射方向に対して複数のローター磁石を抑えて、ローター磁石の放射方向への移動を制限する。【選択図】図２
2014072946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、を有する電気機械装置であって、
前記ローターは、
回転軸と、
前記回転軸の外周に沿って円筒状に固定配置された複数のローター磁石と、
前記複数のローター磁石に、前記複数のローター磁石の外周に沿って固定配置され、非磁性体で構成された円筒状のパイプ部材と、
前記回転軸の軸方向の前記複数のローター磁石の両側の端部に、前記複数のローター磁石の端部の側面に接するように固定配置され、軟磁性体で構成された磁石サイドヨークと、
を備え、
前記円筒状のパイプ部材は、前記回転軸の中心から外周へ向かう放射方向に対して前記複数のローター磁石を抑えて、前記ローター磁石の前記放射方向への移動を制限する
ことを特徴とする電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置であって、
前記磁石サイドヨークは、前記パイプ部材および前記パイプ部材に接するように固定配置され、前記パイプ部材および前記磁石サイドヨークがあらかじめ一体成型されたサイドヨークユニットで構成されることを特徴とする電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置であって、
前記パイプ部材は、炭素繊維強化プラスチック部材と、ガラス繊維強化プラスチック部材と、炭素繊維強化プラスチック部材およびガラス繊維強化プラスチック部材の混合部材のうちいずれか一つの部材が用いられることを特徴とする電気機械装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えるロボット。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電気機械装置を備える移動体。
【請求項６】
電気機械装置のステーターの内周に配置されるローターであって、
回転軸と、
前記回転軸の外周に沿って円筒状に固定配置された複数のローター磁石と、
前記複数のローター磁石に、前記複数のローター磁石の外周に沿って固定配置され、非磁性体で構成された円筒状のパイプ部材と、
前記回転軸の軸方向の前記複数のローター磁石の両側の端部に、前記複数のローター磁石の端部の側面に接するように固定配置され、軟磁性体で構成された磁石サイドヨークと、
を備え、
前記円筒状のパイプ部材は、前記回転軸の中心から外周へ向かう放射方向に対して前記複数のローター磁石を抑えて、前記ローター磁石の前記放射方向への移動を制限する
ことを特徴とするローター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のローターを用いた電気機械装置、電気機械装置に用いられるローター、並びに、電気機械装置を用いた移動体およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
コアレス型の電動機（モーター）やコアレス型の発電機などのコアレス型の回転電機（本明細書では「コアレス電気機械装置」あるいは、単に「電気機械装置」とも呼ぶ）として、例えば、ローターの円筒状の外周表面に沿って複数の永久磁石を複数のローター磁石として貼り合せたＳＰＭ型のローターを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコアレス電気機械装置では、ローター磁石からのローターの回転軸に沿った方向（以下、「軸方向」とも呼ぶ）への磁束の漏れを抑制するために、ローターの軸方向のローター磁石の両側の端部に磁性体材料で形成された磁石サイドヨークが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したコアレス電気機械装置のローターを高速回転等負荷増大させようとした場合に、ローター磁石の貼り合せ固定に関する信頼性が不十分となる。具体的には、回転数とトルク電流に応じえ発生する機械損や鉄損（渦電流損）に応じたローターの温度上昇によって接着剤の軟化が発生し、固定していたローター磁石に加わる回転軸の中心から外周へ向かう方向（放射方向）の力（遠心力）によって、ローター磁石が放射方向に遊離し、最終的には脱離してしまう、という課題があった。また、ローター磁石の貼り合せ時において、接着剤の粘性ばらつきにより、貼り合せ固定後のローター磁石の外径寸法を均一にすることが難しく、高速回転時等における特性維持が難しい、という課題もあった。そのほか、従来の電気機械装置においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、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、を有する電気機械装置が提供される。この電気機械装置の電気ローターは、回転軸と、前記回転軸の外周に沿って円筒状に固定配置された複数のローター磁石と、前記回転軸の軸方向の前記複数のローター磁石の両側の端部に、それぞれ、前記複数のローター磁石を前記回転軸の外周に沿って覆うように固定配置され、非磁性体で構成された２つの円筒状のパイプ部材と、前記回転軸の軸方向の前記複数のローター磁石の両側の端部に、それぞれ、前記複数のローター磁石の端部の側面および前記軸方向の前記パイプ部材の側面に接するように固定配置され、軟磁性体で構成された２つの磁石サイドヨークと、を備える。前記２つの円筒状のパイプ部材は、前記回転軸の軸方向に垂直で前記回転軸の中心から外周へ向かう放射方向に対して前記複数のローター磁石を抑えて、前記ローター磁石の前記放射方向への移動を制限する。この形態の電気機械装置によれば、複数のローター磁石の軸方向の両側の端部に固定配置されたパイプ部材によって、ローター磁石の放射方向への移動を制限してローター磁石の遊離を防止することができ、ローター磁石の外周で規定されるローターの外周径を安定保持することができる。また、ローター磁石の軸方向の両側の端部の側面に固定配置された２つの磁石サイドヨークにより、ローター磁石の軸方向への漏れ磁束を抑制することができる。
【０００７】
（２）上記形態の電気機械装置において、前記パイプ部材および前記パイプ部材に接するように固定配置された前記磁石サイドヨークは、前記パイプ部材および前記磁石サイドヨークがあらかじめ一体成型されたサイドヨークユニットで構成されるようにしてもよい。この電気機械装置によれば、部品の取り扱いを簡素化することができ、電気機械装置の組み立てが容易である。
【０００８】
（３）上記形態の電気機械装置において、前記パイプ部材を構成する非磁性体部材としては、前記パイプ部材を構成する非磁性体部材としては、炭素繊維強化プラスチック部材と、ガラス繊維強化プラスチック部材と、炭素繊維強化プラスチック部材およびガラス繊維強化プラスチック部材の混合部材のうちいずれか一つの部材が用いられるようにしてもよい。これらのいずれかの部材を用いれば、非磁性体で、かつ、放射方向に対して複数のローター磁石を抑えて、ローター磁石の放射方向への移動を制限することが可能なパイプ部材を容易に形成することができる。
【０００９】
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、電動機（モーター）や発電機などの電気機械装置のほか、電気機械装置に用いられるローターや、電気機械装置を用いた電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】第１実施形態としてのコアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図１Ｂ】第１実施形態としてのコアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図１Ｃ】コイルバックヨークの内周に沿って配列された電磁コイルを示す概略斜視図である。
【図２】パイプ部材および磁石サイドヨークについて示す説明図である。
【図３】パイプ部材を製造する工程を示す説明図である。
【図４】繊維織布の例を示す説明図である。
【図５】第２実施形態としてのコアレスモーターの構成を示す説明図である。
【図６】パイプ部材おおび磁石サイドヨークに換えて用いられるサイドヨークユニットについて示す説明図である。
【図７】サイドヨークユニットを製造する工程を示す説明図である。
【図８】サイドヨークユニットの変形例を示す説明図である。
【図９】本発明の変形例としてモーター／発電機を利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図１０】本発明の変形例として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１１】本発明の変形例として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１２】本発明の変形例としてモーターを利用した垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の変形例としてモーターを利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の変形例としてモーターを利用した鉄道車両の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．第１実施形態のコアレスモーター：
図１Ａおよび図１Ｂは、第１実施形態としてのコアレスモーター１０の構成を示す説明図である。図１Ａは、コアレスモーター１０を回転軸２３０に平行な面（図１Ｂの１Ａ−１Ａ切断面）で切った断面を模式的に示し、図１Ｂは、コアレスモーター１０を回転軸２３０に垂直な面（図１Ａの１Ｂ−１Ｂ切断面）で切った断面を模式的に示している。
【００１２】
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、回転軸２３０と、ローター磁石２００と、磁石バックヨーク２３６と、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂと、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂと、軸受け部２４０と、波バネ座金２６０と、を備えている。
【００１３】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有しており、回転軸２３０の外周には、軟磁性体で形成された円筒状の磁石バックヨーク２３６が接着剤で固定配置されている。また、磁石バックヨーク２３６の外周には、複数（本例では６個）のローター磁石２００が略円筒状に接着剤で固定配置されている。複数のローター磁石２００には、回転軸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と、外部側から回転軸２３０の中心に向かう方向（中心方向）に磁化された永久磁石と、が用いられる。磁化方向が放射方向のローター磁石２００と、磁化方向が中心方向のローター磁石２００とは、円周方向に沿って交互に配置されている。図１Ｂのローター磁石２００に付した「Ｎ」および「Ｓ」の符号は、ローター磁石２００の外周側の磁極の極性を示している。なお、本実施形態では、ローター磁石２００の着磁方向は、ラジアル方向（放射方向あるいは中心方向）として説明しているが、ラジアル方向ではなくパラレル方向の着磁であってもよい。
【００１４】
磁束は空気中よりも軟磁性体の中を通りやすいので、軟磁性体で形成された磁石バックヨーク２３６は、ローター磁石２００からでた磁束のうち、回転軸２３０の中心方向への磁束の漏れを抑制する。これにより、回転軸２３０に非磁性体部材、例えば、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics，炭素繊維強化プラスチック）やＧＦＲＰ（glass fiber reinforced plastics，ガラス繊維強化プラスチック）のような樹脂複合材や、セラミックス、植物繊維材、樹脂材等を用いることができ、軽量化が容易となる。
【００１５】
パイプ部材２３９ａ，２３９ｂは、回転軸２３０に沿った方向（軸方向）のローター磁石２００の両側の端部において、それぞれ、複数のローター磁石２００を、その外周に沿って覆うように固定配置されている。パイプ部材２３９ａ，２３９ｂは、後述するように、炭素繊維強化プラスチック等の非磁性体で形成された円筒状の部材である。なお、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂについては、更に後で説明する。
【００１６】
磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂは、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂが固定配置された複数のローター磁石２００の軸方向の両側の端部において、それぞれ、複数のローター磁石２００の端部の側面およびパイプ部材２３９ａ，２３９ｂの側面に接するように固定配置されている。磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂは、軟磁性体の部材で形成された略円盤状の部材である。磁束は、空気中よりも軟磁性体の中を通りやすいので、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂは、ローター磁石２００からでた磁束のうち、回転軸２３０の軸方向に漏れ出た磁束を抑制する。なお、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂについては、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂとともに、更に後で説明する。
【００１７】
なお、回転軸２３０は、貫通孔２３１を有している。また、回転軸２３０は、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、本実施形態では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０が設けられている。この波バネ座金２６０は、ローター磁石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、ステーター１５およびローター２０を収容する筐体である。ケーシング１１０は、軸方向の中央の円筒形部分である第１のケーシング部分１１０ａと、両端の蓋部分である第２および第３のケーシング部分１１０ｂ，１１０ｃと、を備える。第１のケーシング部分１１０ａは、アルミニウムなどの熱電導性の良い材料で形成されている。
【００１９】
第１のケーシング部分１１０ａの内周側には、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の軸方向の長さは、ローター磁石２００の軸方向の長さとほぼ同じである。第１のケーシング部分１１０ａがアルミニウムなどの熱伝導性の良い材料で形成されているのは、コイルバックヨーク１１５に生じた熱を外部に容易に放出するためである。なお、コイルバックヨーク１１５に生じる熱の原因としては、ローター２０のローター磁石２００の回転にともなって生じる渦電流による損失（「渦電流損失」とも呼ぶ。）があげられる。回転軸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、ローター磁石２００をちょうど貫く。すなわち、回転軸２３０から見ると、コイルバックヨーク１１５とローター磁石２００は、重なって見える。
【００２０】
コイルバックヨーク１１５の内周側には、コイルバックヨーク１１５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。二相の電磁コイル１００Ａ，１００Ｂを区別しない場合、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂを合わせて「電磁コイル１００」とも呼ぶ。なお、図１Ｃは、コイルバックヨークの内周に沿って配列された電磁コイル１００を示す概略斜視図である。電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、それぞれ、複数個あり、回路基板３０５に接続されている。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（主として回転方向に垂直な方向）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、互いに打ち消し合う。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２３０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、回転軸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、有効コイル領域を貫くが、コイルエンド領域は貫かない。すなわち、回転軸２３０から見ると、有効コイル領域は、ローター磁石２００とコイルバックヨーク１１５の両方と重なって見えるが、コイルエンド領域は、ローター磁石２００とコイルバックヨーク１１５のいずれとも重なって見えない。電磁コイル１００Ａ，１００Ｂは、ローター磁石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、ローター磁石２００と重なっていない。
【００２１】
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１Ａ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。
【００２２】
ここで、上記したように、磁石サイドヨークは、ローター磁石から軸方向に磁束が漏れ出ることを抑制する目的で配置されるが、磁気センサー３００が配置される側の磁石サイドヨーク２３７ｂは、磁気センサー３００で磁束の変化を感知できる程度の磁束の漏れを許容する必要がある。このため、磁気センサー３００が配置される側の磁石サイドヨーク２３７ｂの軸方向の厚さは、磁気センサー３００が配置される側と反対側の磁石サイドヨーク２３７ａの軸方向の厚さよりも薄く設定される。なお、外部にエンコーダーを設ける場合には、磁気センサー３００および回路基板３１０を省略することができる。
【００２３】
図２は、パイプ部材および磁石サイドヨークについて示す説明図である。なお、図２（Ａ）は、ローター磁石２００とパイプ部材２３９ａ，２３９ｂと磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂの部分を拡大して示した概略断面図（図１Ａと同様）であり、図２（Ｂ）は、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂおよび磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂの部分をローター２０から分解して示した概略斜視図である。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、複数のローター磁石２００の軸方向の両側の端部には、外周に沿って円筒形状の凹部２００ａ，２００ｂが形成されており、凹部２００ａ，２００ｂに対応する円筒形状のパイプ部材２３９ａ，２３９ｂが嵌め込まれて固定配置されている。そして、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂが嵌め込まれた複数のローター磁石２００の軸方向の両側の端部の側面には、ローター磁石２００およびパイプ部材２３９ａ，２３９ｂを覆うように略円盤状の磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂが固定配置されている。
【００２５】
図２（Ａ）に示した構造は以下のようにして形成される。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、回転軸２３０の外周に沿って円筒形状の磁石バックヨーク２３６を接着剤で貼り合わせ、さらに、磁石バックヨーク２３６の外周に沿って複数個（図の例では６個）のローター磁石２００を接着剤で貼り合わせる。次に、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂの内周面、あるいは、複数のローター磁石２００の凹部２００ａ，２００ｂに接着剤を塗布し、凹部２００ａ，２００ｂにパイプ部材２３９ａ，２３９ｂを嵌め込む。そして、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂが嵌めこまれたローター磁石２００の軸方向の側面およびパイプ部材２３９ａ，２３９ｂの側面に接するように、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂを接着剤で貼り合わせる。なお、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂは、磁力によりローター磁石２００の軸方向の側面に吸着されるので、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂは磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂによって凹部２００ａ，２００ｂに安定に固定される。また、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂは、接着剤無しでもローター磁石２００の側面に貼り合される。以上のようにして、図２（Ａ）に示した構造が形成される。なお、磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂにはバランサーを設けるようにしてもよい。
【００２６】
パイプ部材２３９ａ，２３９ｂは、以下のようにして作製することができる。図３は、パイプ部材を製造する工程の例を示す説明図である。工程（Ａ）では、分離内枠型５００を準備し、分離内枠型５００の外周に剥離剤を塗布し、モールド用樹脂（例えば、エポキシ樹脂）に浸された繊維織布２７３を一回あるいは複数回巻き付けていく。図の例は、複数回巻き付けた状態を示している。なお、分離内枠型５００は、本例では、４つに分割可能であり、分離内枠型５００が合体した形状は、円筒形である。
【００２７】
図４は、繊維織布の例を示す説明図である。この繊維織布２７３は、炭素繊維２７１を束ねた炭素繊維の束「炭素繊維束２７２」と呼ぶ）を四つ目編みした長方形の織布（「炭素繊維織布」とも呼ぶ）である。なお、図では、編むときの炭素繊維束２７２の炭素繊維２７１の向きにより、炭素繊維２７１を炭素繊維２７１Ａ，２７１Ｂに区別し、炭素繊維束２７２を炭素繊維束２７２Ａ，２７２Ｂに区別して示している。また、図４（Ａ）に示すように、巻方向に対して繊維の向きが０°，９０°の繊維織布や、図４（Ｂ）に示すように、巻方向に対して繊維の向きが４５°，４５°の繊維織布が用いられる。ただし、これに限定されるものではなく、巻方向に対して繊維の向きが種々の角度を有する繊維織布を用いることもできる。
【００２８】
工程（Ｂ）では、モールド用樹脂を熱硬化する。工程（Ｃ）では、分離内枠型５００を１つずつ外していく。なお、モールド樹脂を熱硬化したウェットの繊維強化プラスチックとしてもよく、さらに、焼き付け工程を加えてドライの繊維強化プラスチックとしても良い。ドライの繊維強化プラスチックとすることで、さらに強度を増すことが出来る。
【００２９】
次の工程（Ｄ）では、繊維織布２７３の外周部に例えば、非導電性塗料を塗布して非導電性層２７５を形成する。以上の工程により、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されたパイプ部材２３９ａ，２３９ｂを形成することができる。なお、繊維織布２７３から成型されるパイプ部材２３９ａ，２３９ｂの厚みは、０．８ｍｍ程度まで薄くすることができる。
【００３０】
なお、図３，４の例では、炭素繊維束を四つ目編みした繊維織布（「炭素繊維織布」とも呼ぶ）を用いた炭素繊維強化プラスチックによりパイプ部材２３９ａ，２３９ｂを作製する場合を例に説明したが、ガラス繊維束を四つ目編みした繊維織布（ガラス繊維織布）とも呼ぶ）を用いたガラス繊維強化プラスチックによりパイプ部材を作製するようにしてもよい。また、炭素繊維束とガラス繊維束とを編み込んだ繊維織布（「混合繊維織布」とも呼ぶ）を用いた炭素繊維強化プラスチックとガラス繊維強化プラスチックの混合部材によりパイプ部材を作製するようにしてもよい。さらに、また、パイプ部材の内周側を炭素繊維織布による炭素繊維強化プラスチックとし、外周側をガラス繊維織布によるガラス繊維強化プラスチックとした多層構造のパイプ部材を作製するようにしてもよい。外周側のガラス繊維強化プラスチックにより絶縁性および強度を持たせるとともに、内周側の炭素繊維強化プラスチックにより更なる強度を持たせることが可能である。すなわち、炭素繊維強化プラスチックだけでなく種々の繊維強化プラスチックを用いて作製したパイプ部材を利用することができる。
【００３１】
また、上記繊維織布は、炭素繊維束やガラス繊維束等を四つ目編みしたものを例に説明しているが、鉄線編み（「亀甲編み」とも呼ぶ。）、あるいは麻の葉編みのように、互いに約６０度（約１２０度）の角度で交わる３つの方向の繊維束を編んで繊維織布を形成してもよい。三角形は形が単純であり、どの方向の引っ張りに対しても３方向のうちの少なくとも１つの方向のガラス繊維で対抗出来るので力学的に強い形であり、好ましい。
【００３２】
ここで、ローター２０の回転によって、ローター磁石２００には回転軸２３０を中心とする放射方向への遠心力（図２（Ａ）に矢印で示す）が加わることになり、ローター磁石２００の遊離あるいは離脱の原因となる。しかしながら、図２に示した構造の場合には、ローター２０の回転時において、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂが放射方向に対してローター磁石２００を抑えて、ローター磁石２００の遠心力による放射方向への移動を制限することができる。これにより、ローター２０の回転によってローター磁石２００が遊離し、最終的には離脱してしまうという問題を解決し、ローター２０を高速回転させることが可能となる。また、磁石表面によって形成されるローターの外周径を安定保持することが可能となる。また、ローター磁石２００の軸方向の面（側面）が磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂにて覆われているので、ローター磁石２００から軸方向への磁束漏れを抑制することができる。なお、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂは、繊維強化プラスチックにより形成されているので、ローター磁石２００の放射方向への移動を制限するための強度を保ちつつ、その厚さを薄くすることができる。パイプ部材を設けたことで発生する配置スペースや磁場等への影響を抑制することが可能である。
【００３３】
Ｂ．第２実施形態のコアレスモーター：
図５は、第２実施形態としてのコアレスモーター１０Ｂの構成を示す説明図である。図５（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０に平行な面（図５（Ｂ）の５Ａ−５Ａ切断面）で切った断面を模式的に示し、図５（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０に垂直な面（図５（Ｂ）の５Ｂ−５Ｂ切断面）で切った断面を模式的に示している。このコアレスモーター１０Ｂは、第１実施形態のコアレスモーター１０（図１）のパイプ部材２３９ａおよび磁石サイドヨーク２３７ａとパイプ部材２３９ｂおよび磁石サイドヨーク２３７ｂに換えて、サイドヨークユニット２３７ａＵ，２３７ｂｕが用いられている点が、コアレスモーター１０と異なっている。
【００３４】
図６は、パイプ部材および磁石サイドヨークに換えて用いられるサイドヨークユニットについて示す説明図である。なお、図６（Ａ）は、図５（Ａ）におけるローター磁石２００の右側に配置されているサイドヨークユニット２３７ａＵの部分を拡大して示した概略断面図であり、図６（Ｂ）は、サイドヨークユニット２３７ａＵをローター磁石２００側から見た概略斜視図であり、図６（Ｃ）は、サイドヨークユニット２３７ａＵをローター磁石２００側とは反対側から見た概略斜視図である。
【００３５】
このサイドヨークユニット２３７ａＵは、円筒形状のパイプ部材２３９ａの回転軸２３０の軸方向の一方端の内周部に磁石サイドヨーク２３７ａが嵌め込まれ、モールド用樹脂（例えば、エポキシ樹脂）２３８ａによって一体形成型された構造を有している。この構造は、例えば、以下のようにして形成することができる。
【００３６】
図７は、サイドヨークユニットを製造する工程を示す説明図である。工程（Ａ）では、下型枠４１０を準備する。下型枠４１０は、一体成型される磁石サイドヨーク２３７ａを配置する略円筒形の配置空間４１２を有しており、回転軸２３０に対応する円柱形の基準軸４１４を有している。次に、工程（Ｂ）では、磁石サイドヨーク２３７ａを基準軸４１４に嵌め込んで配置空間４１２の底部に配置するとともに、パイプ部材２３９ａを配置空間４１２の外周に配置する。そして、工程（Ｃ）では、上型枠４２０を準備し、これを用いて下型枠４１０の上部に蓋をする。このとき、磁石サイドヨーク２３７ａと上型枠４２０との間に、モールド樹脂２３８ａを注入するための空間４１２ｓが形成される。上型枠４２０の上部には、この空間４１２ｓに通じる樹脂注入口４２２が設けられている。次に、工程（Ｄ）では、高温のモールド樹脂２３８ａを、樹脂注入口４２２から空間４１２ｓへ向けて注入する。そして、工程（Ｅ）では、注入したモールド樹脂２３８ａが硬化するのを待って、上型枠４２０および下型枠４２０を外し、磁石サイドヨーク２３７ａおよびパイプ部材２３９ａを一体成型したサイドヨークユニット２３７ａＵを得る。
【００３７】
なお、図６および図７は、サイドヨークユニット２３７ａＵを例に説明したが、サイドヨークユニット２３７ｂＵも同様である。
【００３８】
本実施形態のコアレスモーター１０Ｂは、サイドヨークユニット２３７ａＵ，２３７ｂＵを用いているが、第１実施形態のコアレスモーター１０と同様に、放射方向に対してローター磁石２００を抑えるパイプ部材２３９ａ，２３７ｂを有しているので、ローター磁石２００の遠心力による放射方向への移動を制限することができる。これにより、ローター２０の回転によってローター磁石２００が遊離し、最終的には離脱してしまうという問題を解決し、ローター２０を高速回転させることが可能となる。また、磁石表面によって形成されるローターの外周径を安定保持することが可能となる。また、第１実施形態のコアレスモーター１０と同様に、ローター磁石２００の軸方向の側面を覆う磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂを有しているので、ローター磁石２００から軸方向への磁束漏れを抑制することができる。なお、本実施形態では、パイプ部材２３９ａ．２３９ｂおよび磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂを一体成型したサイドヨークユニット２３７ａＵ，２３７ｂＵを用いているので、第１実施形態のように、パイプ部材２３９ａ，２３９ｂおよび磁石サイドヨーク２３７ａ，２３７ｂをそれぞれ別の部品として扱うよりも、部品の取り扱いを簡素化することができ、組み立てが容易となる。
【００３９】
図８は、サイドヨークユニットの変形例を示す説明図である。図８（Ａ）は、図６（Ａ）と同様に、変形例のサイドヨークユニット２３７ａＵＢの部分を拡大して示した概略断面図であり、図８（Ｂ），（Ｃ）は、図６（Ｂ），（Ｃ）と同様に、変形例のサイドヨークユニット２３７ａＵＢの概略斜視図である。変形例のサイドヨークユニット２３７ａＵＢは、サイドヨークユユニット２３７ａＵのようにパイプ部材２３９ａの軸方向の一方端の内周部に磁石サイドヨーク２３７ａが嵌め込まれた構造ではなく、複数のローター磁石２００の軸方向の端部の側面およびパイプ部材２３９ａの側面を覆うように配置し、モールド樹脂２３８ａにより一体成型された構造に変更したものである。すなわち、第１実施形態のパイプ部材２３９ａおよび磁石サイドヨーク２３７ａをモールド樹脂２３８ａでモールドして一体成型した構造である。この変形例のサイドヨークユニット２３７ａＵＢを上記実施形態のサイドヨークユニと２３７ａＵに換えて適用するようにしてもよい。
【００４０】
Ｃ．変形例：
【００４１】
なお、上記実施形態では、本発明の特徴部分を備えるコアレスモーターとして説明したが、電動機であるコアレスモーターに限定されるものではなく、発電機に適用することも可能である。また、本発明の特徴を備える電動機や発電機は、以下に示すように、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置として適用することが可能である。
【００４２】
図９は、本発明の変形例としてモーター／発電機を利用した移動体の一例である電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述した各種のコアレスモーター１０等を利用することが可能である。
【００４３】
図１０は、本発明の変形例として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等を利用することが可能である。
【００４４】
図１１は、本発明の変形例としてモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部３４９０を開閉し、把持部３４９０に物を掴ませる。双腕７軸ロボット３４５０において、関節モーター３４６０あるいは把持部モーター３４７０として、上述した各種のコアレスモーター１０等を利用することが可能である。
【００４５】
図１２は、本発明の変形例としてモーターを利用した垂直多関節ロボットの一例を示す説明図である。図１２に示すように、垂直多関節ロボット３６４０は、本体部３６４１、アーム部３６４２およびロボットハンド３６４５等から構成されている。本体部３６４１は、例えば床、壁、天井、移動可能な台車の上などに固定されている。アーム部３６４２は、本体部３６４１に対して可動に設けられており、本体部３６４１にはアーム部３６４２を回転させるための動力を発生させる駆動部（不図示）や、駆動部を制御する制御部等が内蔵されている。この駆動部として、上述したコアレスモーター１０等を用いることが可能である。
【００４６】
アーム部３６４２は、第１フレーム３６４２ａ、第２フレーム３６４２ｂ、第３フレーム３６４２ｃ、第４フレーム３６４２ｄおよび第５フレーム３６４２ｅから構成されている。第１フレーム３６４２ａは、回転屈折軸を介して、本体部３６４１に回転可能または屈折可能に接続されている。第２フレーム３６４２ｂは、回転屈折軸を介して、第１フレーム３６４２ａおよび第３フレーム３６４２ｃに接続されている。第３フレーム３６４２ｃは、回転屈折軸を介して、第２フレーム３６４２ｂおよび第４フレーム３６４２ｄに接続されている。第４フレーム３６４２ｄは、回転屈折軸を介して、第３フレーム３６４２ｃおよび第５フレーム３６４２ｅに接続されている。第５フレーム３６４２ｅは、回転屈折軸を介して、第４フレーム３６４２ｄに接続されている。アーム部３６４２は、制御部（図示せず）の制御によって、各フレーム３６４２ａ〜３６４２ｅが各回転屈折軸を中心に複合的に回転または屈折して動くようになっている。
【００４７】
アーム部３６４２の第５フレーム３６４２ｅのうち第４フレーム３６４２ｄが設けられた側と反対側には、ハンド接続部３６４３が接続されており、このハンド接続部３６４３にロボットハンド３６４５が取り付けられている。
【００４８】
ロボットハンド３６４５は、基部３６４５ａと、基部３６４５ａに接続された指部３６４５ｂと、を備えている。基部３６４５ａと指部３６４５ｂの接続部および指部３６４５ｂの各関節部には、上述した各種のコアレスモーターが組み込まれている。コアレスモーターが駆動することによって、指部３６４５ｂが屈曲し、物体を把持することができる。このコアレスモーターは、超小型モーターであって、小型でありながら確実に物体を把持するロボットハンド３６４５を実現することができる。これにより、小型、軽量のロボットハンド３６４５を用いて、複雑な動作が行なえる、汎用性の高いロボットを提供することができる。
【００４９】
図１３は、本発明の変形例としてモーターを利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。図１３に示すように、双腕キャスター付ロボット３７６２は車体部３７６３を備えている。車体部３７６３は車体本体３７６３ａを備え、車体本体３７６３ａの地面側には４つの車輪３７６３ｂが設置されている。そして、車体本体３７６３ａには車輪３７６３ｂを駆動する回転機構が内蔵されている。さらに、車体本体３７６３ａにはロボット３７６２の姿勢及び動作を制御する制御部３７６４が内蔵されている。
【００５０】
車体本体３７６３ａ上には、本体回転部３７６５、本体部３７６６がこの順に重ねて設置されている。本体回転部３７６５には本体部３７６６を回転させる回転機構が設置されている。そして、本体部３７６６は鉛直方向を回転中心として回動する。本体部３７６６上には一対の撮像装置３７６７が設置され、撮像装置３７６７は双腕キャスター付ロボット３７６２の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置３７６７との距離を検出することができる。
【００５１】
本体部３７６６の側面のうち対向する２つの面には左腕部３７６８及び右腕部３７６９が設置されている。左腕部３７６８及び右腕部３７６９はそれぞれ可動部としての上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２を備えている。上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２は回動または屈曲可能に接続されている。そして、本体部３７６６には本体部３７６６に対して上腕部３７７０を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。上腕部３７７０には上腕部３７７０に対して下腕部３７７１を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。下腕部３７７１には下腕部３７７１に対してハンド部３７７２を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。さらに、下腕部３７７１には下腕部３７７１の長手方向を回転軸にして捻る回転機構３７７３が内蔵されている。
【００５２】
ハンド部３７７２はハンド本体３７７２ａとハンド本体３７７２ａの先端に位置する一対の板状の可動部としての把持部３７７２ｂを備えている。ハンド本体３７７２ａには把持部３７７２ｂを移動しての把持部３７７２ｂ間隔を変更させる直動機構３７７４が内蔵されている。ハンド部３７７２は把持部３７７２ｂを開閉して被把持物を把持することができる。
【００５３】
回転機構３７７３及び直動機構３７７４にはコアレスモーター１０等及び減速機を備えている。なお、コアレスモーター１０は上述した実施形態にて説明した電気機械装置である。従って、回転機構３７７３は回転方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに回転方向を転換させることができる。そして、直動機構３７７４は移動方向を反転させるときにもガタツクことなくスムーズに移動方向を転換させることができる。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２は左腕部３７６８及び右腕部３７６９を位置精度良く移動することができる。
【００５４】
図１４は、本発明の変形例としてモーターを利用した鉄道車両の一例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等を利用することができる。
【００５５】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０Ｂ…コアレスモーター
１５…ステーター
２０…ローター
１００…電磁コイル
１００Ａ，１００Ｂ…電磁コイル
１１０…ケーシング
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…ケーシング部分
１１５…コイルバックヨーク
２００…ローター磁石（永久磁石）
２００ａ…凹部
２３０…回転軸
２３１…貫通孔
２３６…磁石バックヨーク
２３７ａ，２３７ｂ…磁石サイドヨーク
２３７ａＢ，２３７ｂＢ…磁石サイドヨーク
２３８ａ，２３８ｂ…モールド樹脂
２３９ａ，２３９ｂ…パイプ部材
２３９ａＢ，２３９ｂＢ…パイプ部材
２４０…軸受け部
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー
３０５…回路基板
３１０…回路基板
３３００…自転車
３３１０…モーター
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０，３４２０…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
３６４０…垂直多関節ロボット
３６４１…本体部
３６４２…アーム部
３６４２ａ…第１フレーム
３６４２ｂ…第２フレーム
３６４２ｃ…第３フレーム
３６４２ｄ…第４フレーム
３６４２ｅ…第５フレーム
３６４３…ハンド接続部
３６４５…ロボットハンド
３６４５ａ…基部
３６４５ｂ…指部
３７６２…双腕キャスター付ロボット
３７６３…車体部
３７６３ａ…車体本体
３７６３ｂ…車輪
３７６４…制御部
３７６５…本体回転部
３７６６…本体部
３７６７…撮像装置
３７６８…左腕部
３７６９…右腕部
３７７０…上腕部
３７７１…下腕部
３７７２…ハンド部
３７７２ａ…ハンド本体
３７７２ｂ…把持部
３７７３…回転機構
３７７４…直動機構
【図１Ａ】
2014072946.tif 000003
【図１Ｂ】
2014072946.tif 000004
【図１Ｃ】
2014072946.tif 000005
【図２】
2014072946.tif 000006
【図３】
2014072946.tif 000007
【図４】
2014072946.tif 000008
【図５】
2014072946.tif 000009
【図６】
2014072946.tif 000010
【図７】
2014072946.tif 000011
【図８】
2014072946.tif 000012
【図９】
2014072946.tif 000013
【図１０】
2014072946.tif 000014
【図１１】
2014072946.tif 000015
【図１２】
2014072946.tif 000016
【図１３】
2014072946.tif 000017
【図１４】
2014072946.tif 000018