(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２相のコアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、
複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、
を備え、
各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、
前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有し、
前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、
前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有しており、
前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している、
コアレス電気機械装置。
【請求項２】
３相のコアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、
複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、
を備え、
各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、
前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有し、
前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、
前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有しており、
前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルの前記上底部が、当該２つの電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している、
コアレス電気機械装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコアレス電気機械装置において、
各電磁コイルの前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記２つの脚部と前記周回方向において互いに接した状態にある、コアレス電気機械装置。
【請求項４】
請求項１〜３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、
各電磁コイルは、２つのコイル端部を有し、
前記２つのコイル端部は、前記下底部のコイルエンド部から取り出されている、
コアレス電気機械装置。
【請求項５】
複数の電磁コイルを円環状に組み合わせたコイルアセンブリーであって、
前記電磁コイルは円環の中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部とを有し、
各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、
前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有し、
前記上底部及び前記下底部は、前記コイルアセンブリーにおいて第１円周上及び第２円周上にそれぞれ配置され、
前記上底部及び前記下底部の前記脚部との接続位置は、前記上底部の両端においては前記第１円周上に配置され、前記下底部の両端においては前記第２円周上に配置されていることを特徴とするコイルアセンブリー。
【請求項６】
請求項５に記載のコイルアセンブリーであって、
前記電磁コイルを平面視した状態において、前記上底部及び前記下底部は互いに平行であり、前記脚部は前記上底部及び前記下底部から斜めに傾いた方向に延びる、コイルアセンブリー。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のコイルアセンブリーであって、
前記下底部は前記上底部よりも長く、
前記脚部は、前記上底部よりも前記下底部に近い位置において前記第１円周と前記第２円周の間を接続する段差を有する、コイルアセンブリー。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載のコイルアセンブリーであって、
各電磁コイルは、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域を有し、
各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルに隣接する他の電磁コイルの前記空芯領域に収容されている、コイルアセンブリー。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか一項に記載のコイルアセンブリーであって、
前記第１円周は、前記第２円周よりも外側に配置される、コイルアセンブリー。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか一項に記載のコイルアセンブリーであって、
各電磁コイルは実質的に同一形状である、コイルアセンブリー。
【請求項１１】
２相のコアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有し、所定の移動軸上を移動するスライダーと、
複数の電磁コイルを前記移動軸に沿って組合せたコイルアセンブリーよりなるステーターと、
を備え、
前記電磁コイルのそれぞれは、前記移動軸と垂直な上底部と、前記上底部と前記移動軸との距離と同じ距離で前記上底部に平行に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、
前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有し、
前記２つの脚部のそれぞれは、前記上底部もしくは前記下底部と接続する部分に段差を有しており、
前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記移動軸の方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記移動軸の方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部とは前記移動軸に垂直な方向に重なること無く前記移動軸の方向に並ぶように配置された構成を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項１２】
３相のコアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有し、所定の移動軸上を移動するスライダーと、
複数の電磁コイルを前記移動軸に沿って組合せたコイルアセンブリーよりなるステーターと、
を備え、
前記電磁コイルのそれぞれは、前記移動軸に垂直な上底部と、前記上底部と前記移動軸との距離と同じ距離で前記上底部に平行に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、
前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有し、
前記２つの脚部のそれぞれは、前記上底部もしくは前記下底部と接続する部分に段差を有しており、
前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記移動軸の方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記移動軸の方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）前記移動軸の方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルの前記上底部が、当該２つの電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部とは前記移動軸に垂直な方向に重なること無く前記移動軸の方向に並ぶように配置された構成を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項１３】
請求項１〜４，１１〜１２のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置であって、
各電磁コイルを形成するために使用されるコイル用導線は、それぞれ絶縁されていない複数の非絶縁導線を束ねた導線束と、前記導線束の周囲を被覆する絶縁被覆層と、を有し、
前記導線束は、編組みされている、コアレス電気機械装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１７年１月３０日に出願された出願番号２０１７−０１４４９４の日本特許出願に基づく優先権を主張し、その開示の全てが参照によって本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、電動モーターや発電機などのコアレス電気機械装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＪＰ２０１０−１４１９７５Ａには、空芯の集中巻きのコイル群を用いた電動機が開示されている。この電動機の各コイルは、隣り合うコイルと一部分が重なり合っており、それぞれのコイルから永久磁石までの距離が等しくなるように配置されている。この電動機によれば、各コイルから永久磁石までの距離が等しいので、電動機に発生するトルクリップルを低減することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術では、コイルの具体的な形状に関する工夫が十分になされていなかったので、トルクリップルの少ないコアレス電気機械装置を実現するのが困難であった。
【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。
＜１＞本発明の一形態は、２相のコアレス電気機械装置である。このコアレル電気機械装置は、永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、を備える。各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されている。各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有する。前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している。
このコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない２相のコアレス電気機械装置を実現できる。
＜２＞本発明の他の形態は、３相のコアレス電気機械装置である。このコアレル電気機械装置は、永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、を備える。各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されている。各電磁コイルは、平面視で台形形状を有し、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部は、それぞれ直線的な形状を有する。前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルの前記上底部が、当該２つの電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している。
このコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない３相のコアレス電気機械装置を実現できる。
【０００６】
（１）本発明の第１の形態は、２相のコアレス電気機械装置であって、永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと；複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと；を備える。各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している。【０００７】
上記第１の形態のコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない２相のコアレス電気機械装置を実現できる。【０００８】
（２）本発明の第２の形態は、３相のコアレス電気機械装置であって、永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと；複数の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと；を備える。各電磁コイルは、前記中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成されており、前記上底部と前記下底部は、前記中心軸からの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置され、前記２つの脚部は前記上底部と前記下底部とを接続するための段差をそれぞれ有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記中心軸周りの周回方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）前記周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルの前記上底部が、当該２つの電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部と前記ステーターの径方向に重なること無く前記周回方向に並ぶように配置された構成を有している。【０００９】
上記第２の形態のコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない３相のコアレス電気機械装置を実現できる。【００１０】
（３）上記各形態のコアレス電気機械装置において、各電磁コイルの前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記２つの脚部と前記周回方向において互いに接した状態にあるものとしてもよい。【００１１】
このコアレス電気機械装置によれば、コイル線密度を高めることができる。【００１２】
（４）上記各形態のコアレス電気機械装置において、各電磁コイルは、平面視で台形形状を有するものとしてもよい。【００１３】
このコアレス電気機械装置によれば、電磁コイル同士を密に配置できるので、更にコイル線密度を高めることが可能である。【００１４】
（５）上記各形態のコアレス電気機械装置において、各電磁コイルは、２つのコイル端部を有し、前記２つのコイル端部は、前記下底部のコイルエンド部から取り出されているものとしてもよい。【００１５】
このコアレス電気機械装置によれば、各電磁コイルへの給電が容易な構造とすることが可能である。【００１６】
（６）本発明の第３の形態は、複数の電磁コイルを円環状に組み合わせたコイルアセンブリーである。前記電磁コイルは円環の中心軸に平行な上底部と、前記上底部に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部とを有し；前記上底部及び前記下底部は、前記コイルアセンブリーにおいて第１円周上及び第２円周上にそれぞれ配置され；前記上底部及び前記下底部の前記脚部との接続位置は、前記上底部の両端においては前記第１円周上に配置され、前記下底部の両端においては前記第２円周上に配置されている。【００１７】
このコイルアセンブリーによれば、トルクリップルの少ないコアレス電気機械装置を実現できる。【００１８】
（７）本発明の第４の形態は、電磁コイルであって、直線状の上底部と、前記上底部に平行に対向する前記上底部よりも長い下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部に囲まれる空芯領域を有し、前記２つの脚部は、前記下底部と各脚部との間の角度がそれぞれ９０度未満になるように形成され、前記上底部の両端における前記脚部との接続位置は、前記下底部が含まれる平面には含まれず、前記下底部の両端における前記脚部との接続位置は当該平面に含まれることを特徴とする電磁コイルである。【００１９】
この電磁コイルによれば、トルクリップルの少ないコアレス電気機械装置を実現できる。【００２０】
（８）本発明の第５の形態は、２相のコアレス電気機械装置であって、永久磁石を有し、所定の移動軸上を移動するスライダーと；複数の電磁コイルを前記移動軸に沿って組合せたコイルアセンブリーよりなるステーターと；を備える。前記電磁コイルのそれぞれは、前記移動軸と垂直な上底部と、前記上底部と前記移動軸との距離と同じ距離で前記上底部に平行に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されている。前記２つの脚部のそれぞれは、前記上底部もしくは前記下底部と接続する部分に段差を有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記移動軸の方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記移動軸の方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部とは前記移動軸に垂直な方向に重なること無く前記移動軸の方向に並ぶように配置された構成を有している。【００２１】
上記第５の形態のコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない２相のコアレス電気機械装置を実現できる。【００２２】
（９）本発明の第６の形態は、３相のコアレス電気機械装置であって、永久磁石を有し、所定の移動軸上を移動するスライダーと；複数の電磁コイルを前記移動軸に沿って組合せたコイルアセンブリーよりなるステーターと、を備える。前記電磁コイルのそれぞれは、前記移動軸に垂直な上底部と、前記上底部と前記移動軸との距離と同じ距離で前記上底部に平行に対向する下底部と、前記上底部と前記下底部とを接続する２つの脚部と、前記上底部と前記下底部と前記２つの脚部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されている。前記２つの脚部のそれぞれは、前記上底部もしくは前記下底部と接続する部分に段差を有している。前記コイルアセンブリーは、（ｉ）前記移動軸の方向に沿って前記複数の電磁コイルを等間隔で配置することによって構成され、（ｉｉ）前記移動軸の方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイルがそれぞれ異なる相に属するように前記複数の電磁コイルが結線され、（ｉｉｉ）各電磁コイルの前記上底部が、当該電磁コイルの前記上底部の側に隣接する他の１つの電磁コイルの前記空芯領域内に収容され、（ｉｖ）各電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部が、当該電磁コイルの前記下底部の側に隣接する他の電磁コイルの前記上底部及び前記２つの脚部とは前記移動軸に垂直な方向に重なること無く前記移動軸の方向に並ぶように配置された構成を有している。【００２３】
上記第６の形態のコアレス電気機械装置によれば、電磁コイルとコイルアセンブリーが上記（ｉ）〜（ｉｖ）の特徴を有するので、このコイルアセンブリーを用いて、トルクリップルの少ない３相のコアレス電気機械装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態におけるコアレスモーターの断面図。
【図２Ａ】第１実施形態の電磁コイルの斜視図。
【図２Ｂ】第１実施形態の電磁コイルの正面図。
【図２Ｃ】第１実施形態の電磁コイルの平面図。
【図３】第１実施形態のコイルアセンブリーの斜視図。
【図４Ａ】複数の電磁コイルを互いに重なり合わせる様子を示す説明図。
【図４Ｂ】複数の電磁コイルを互いに重なり合わせる様子を示す説明図。
【図４Ｃ】複数の電磁コイルを互いに重なり合わせる様子を示す説明図。
【図５】第１実施形態における電磁コイルの結線状態を示す説明図。
【図６Ａ】電磁コイルの形成工程を示す説明図。
【図６Ｂ】電磁コイルの形成工程を示す説明図。
【図７】コイル用導線の構造例を示す説明図。
【図８Ａ】第２実施形態の電磁コイルの斜視図。
【図８Ｂ】第２実施形態の電磁コイルの正面図。
【図８Ｃ】第２実施形態の電磁コイルの平面図。
【図９】第２実施形態のコイルアセンブリーの斜視図。
【図１０Ａ】第３実施形態の電磁コイルの斜視図。
【図１０Ｂ】第３実施形態の電磁コイルの正面図。
【図１０Ｃ】第３実施形態の電磁コイルの平面図。
【図１１】第３実施形態のコイルアセンブリーの斜視図。
【図１２】複数の電磁コイルの重なり状態を示す説明図。
【図１３】第３実施形態における電磁コイルの結線状態を示す説明図。
【図１４】アウターローター構造のコアレスモーターの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態のコアレス電気機械装置としてのコアレスモーター１００の断面図である。このコアレスモーター１００は、ケーシング１１０と、ステーター２００と、ローター３００とを有する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。図１には、互いに直交するＸ方向とＹ方向とＺ方向が描かれている。Ｙ方向はローター３００の中心軸Ｃと平行な方向である。図２以降においても、必要に応じて図１と同じ方向Ｘ，Ｙ，Ｚが描かれている。
【００２６】
ローター３００は、中心軸Ｃの回りに回転するローター軸３１０と、ローター軸３１０の外側に設けられた永久磁石３２０とを有する。永久磁石３２０は、１個でも良いが、通常は複数の永久磁石３２０が設けられている。各永久磁石３２０は、ローター３００の中心軸Ｃから外側に向かう径方向に沿って磁化されている。但し、永久磁石３２０の着磁方向は径方向（放射方向）に限らず、平行着磁などのように他の方向に着磁してもよい。なお、「ローター３００の径方向」とは、ローター３００の中心軸Ｃに垂直な方向であって、中心軸Ｃから外側に放射状に延びる方向を意味する。ローター軸３１０の両端部は、ケーシング１１０に設けられた軸受け１２０によって支持されている。
【００２７】
ステーター２００は、ケーシング１１０に収容されており、ローター３００の径方向の外周側にギャップを介して配置されている。ステーター２００は、ケーシング１１０の内側に設けられたコイルバックヨーク２５０と、コイルバックヨーク２５０の内側に設けられた複数の電磁コイル２１０を有する。コイルバックヨーク２５０は、磁性体材料で形成されており、略円筒形形状を有している。電磁コイル２１０は、熱伝導性、絶縁性、及び剛性に優れた樹脂１７０によりモールドされている。これらの電磁コイル２１０のコイル用導線は、結線用基板１５０にそれぞれ接続されている。結線用基板１５０からは、給電用のコイル端子１６０がケーシング１１０の外部に取り出されている。
【００２８】
個々の電磁コイル２１０は、有効コイル部ＶＣＰと、有効コイル部ＶＣＰの両側に設けられた第１コイルエンド部ＣＥ１及び第２コイルエンド部ＣＥ２を有する。有効コイル部ＶＣＰは、電気的エネルギーと機械的エネルギーの間のエネルギー変換を有効に行うコイル部分であり、コイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２はエネルギー変換に直接関係しないコイル部分である。コイルバックヨーク２５０が設けられている場合には、コイルバックヨーク２５０と径方向に重なるコイル部分が有効コイル部ＶＣＰに相当し、コイルバックヨーク２５０と径方向に重ならないコイル部分がコイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２に相当する。電磁コイル２１０の形状については更に後述する。
【００２９】
ケーシング１１０には、ローター３００の回転位置を検出する位置センサーとしての磁気センサー１４０が設けられており、磁気センサー１４０は回路基板１３０に接続されている。本実施形態では、磁気センサー１４０と回路基板１３０は、永久磁石３２０の両側のうち、第２コイルエンド部ＣＥ２と同じ側に配置されている。
【００３０】
図２Ａは、電磁コイル２１０の斜視図であり、図２Ｂはその正面図、図２Ｃはその平面図である。図３は、図２Ａ〜図２Ｃに示した電磁コイル２１０を円筒状に並べた、又は、円環状に組み合わせたコイルアセンブリー２１０ＡＳの斜視図である。図３において、電磁コイルの符号２１０の後ろに付された「（Ａ）」「（Ｂ）」の文字は、Ａ相とＢ相の違いを示している。すなわち、第１実施形態のコアレスモーター１００は、２相モーターである。
【００３１】
図２Ｃの平面視において、電磁コイル２１０は、ローター３００の中心軸Ｃ（図１）に平行な上底部２１１と、上底部２１１に対向する下底部２１２と、上底部２１１と下底部２１２とを接続する２つの脚部２１３，２１４と、を有する台形形状の集中巻きコイルとして構成されている。上底部２１１と下底部２１２と２つの脚部２１３，２１４は、いずれも直線的な形状を有する。また、上底部２１１は、下底部２１２よりも短い。図２Ｃに示すように、上底部２１１と下底部２１２は、ローター３００の中心軸Ｃと平行な方向（Ｙ方向）に延びる２本の平行なコイル部分であり、図１の有効コイル部ＶＣＰに相当する部分を含んでいる。上底部２１１と下底部２１２と２つの脚部２１３，２１４とに囲まれた空間を、「空芯領域２１８」と呼ぶ。２つの脚部２１３，２１４は、下底部２１２と各脚部２１３，２１４との間の角度θ１，θ２がそれぞれ９０度未満になるように形成されている。この例では、２つの角度θ１，θ２は等しい値に設定されており、電磁コイル２１０は平面視で等脚台形形状を有する。但し、２つの角度θ１，θ２は、異なる値に設定されていてもよい。なお、「平面視」とは、電磁コイル２１０を平面上に載置した状態で、その平面に垂直な方向から観察した状態を意味する。電磁コイル２１０を平面視した状態において、上底部２１１及び下底部２１２は互いに平行であり、脚部２１３，２１４は上底部２１１及び下底部２１２から斜めに傾いた方向に延びる。本明細書において、「台形形状」とは、厳密な台形に限らず、図２Ｃにも示したように、上底あるいは下底と脚部の接続部が曲率を持って曲がっていたり、屈曲している形状も「台形」又は「台形形状」と呼ぶ。各電磁コイル２１０を平面視において台形形状となるように構成すれば、電磁コイル２１０同士を密に配置できるので、コイル線密度を高めることが可能である。
【００３２】
図３から理解できるように、電磁コイル２１０の上底部２１１と下底部２１２は、ローター３００の中心軸Ｃからの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置される。具体的には、上底部２１１の方が、下底部２１２よりもローター３００の中心軸Ｃから遠い位置に存在する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、２つの脚部２１３，２１４は、上底部２１１と下底部２１２とを接続するための段差をそれぞれ有している。具体的には、脚部２１３、２１４は、上底部２１１と下底部２１２を接続するように略Ｚ字状に曲がった形状を有する。上底部２１１及び下底部２１２の脚部２１３，２１４との接続位置は、上底部２１１の両端においては上底部２１１が存在する第１円周上に配置されており、下底部２１２の両端においては下底部２１２が存在する第２円周上に配置されている。第１円周は、第２円周よりも外側（コイルアッセンブリーの中心軸から遠い位置）に配置されている。脚部２１３，２１４の段差は、上底部２１１よりも下底部２１２に近い位置において第１円周と第２円周の間を接続する。図２Ｃに示すように、第１の脚部２１３は、外側面２１３ｏと内側面２１３ｉを有する。平面視において、脚部２１３の幅は一定であり、その外側面２１３ｏと内側面２１３ｉは平行である。第２の脚部２１４も同様に、外側面２１４ｏと内側面２１４ｉを有する。脚部２１４の幅は一定であり、その外側面２１４ｏと内側面２１４ｉは平行である。電磁コイル２１０の２つのコイル端部２１５，２１６は、下底部２１２の第２コイルエンド部ＣＥ２（図１）の側から取り出されている。こうすれば、各電磁コイル２１０への給電が容易な構造とすることが可能である。
【００３３】
図３に示すように、コイルアセンブリー２１０ＡＳは、ローター３００の中心軸Ｃ周りの周回方向に沿って複数の電磁コイル２１０を等間隔でリング状に配置し、互いに接着することによって形成できる。このとき、隣接する電磁コイル２１０の第１の脚部２１３同士及び第２の脚部２１４同士が、周回方向において互いに接した状態になるように配置すれば、コイル線密度を高めることが可能である。この場合には、電磁コイル２１０が平面視で等脚台形形状を有することが好ましい。こうすれば、すべての電磁コイル２１０がローター３００の中心軸Ｃの周りの周回方向に沿って一列に整列した状態で複数の電磁コイル２１０を配置することができるので、コアレスモーター１００の軸方向サイズを増大させること無く、コイル線密度を十分に高めることが可能となる。第１実施形態では、周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイル２１０がそれぞれ異なる相（Ａ相又はＢ相）に属するように複数の電磁コイル２１０が結線される。
【００３４】
図３から理解できるように、複数の電磁コイル２１０は、それぞれの脚部２１３，２１４がほぼ隙間無く接した状態で配置されるので、コイルアセンブリー２１０ＡＳにおけるコイル線密度を十分に高くすることが可能である。また、上述したように、複数の電磁コイル２１０の上底部２１１と下底部２１２は、ローター３００の中心軸Ｃからの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置されている。このような特徴的な形状及び配置を採用することによって、永久磁石３２０（図１）から各電磁コイル２１０までの距離を常に一定に維持することができる。すなわち、永久磁石３２０から、Ａ相用の電磁コイル２１０（Ａ）までの距離とＢ相用の電磁コイル２１０（Ｂ）までの距離を常に一定に維持できる。この結果、トルクリップルの少ないコアレスモーター１００を実現することが可能である。
【００３５】
なお、本明細書において、「トルクリップル」とは、コアレスモーター１００をモーターとして使用したときに発生する駆動トルクの変動と、発電機として使用したときに発生する制動トルクの変動と、の両方を含む意味を有する。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｃは、複数の電磁コイル２１０を互いに重なり合わせる様子を示す説明図である。これらの各図において、上部には３つの電磁コイル２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを正面から見た状態を示し、下部にはその平面視を示している。電磁コイルの符号２１０の後ろに付した「ａ」「ｂ」「ｃ」の文字は、単に３つの電磁コイル２１０を識別するために付したものであり、実質的に同一形状の電磁コイル２１０を示している。図４Ａから図４Ｂ，図４Ｃに至るに従って、電磁コイル２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃの距離が次第に小さくなり、図４Ｃでは、図３に示したコイルアセンブリー２１０ＡＳと同じ位置関係に達している。図４Ｃの下部に示す平面視では、各電磁コイル２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃについて、上底部２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃと、下底部２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃと、第１の脚部２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃと、第２の脚部２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃにそれぞれの符号を付している。
【００３７】
図４Ｃから理解できるように、コイルアセンブリー２１０ＡＳは、以下のような特徴を有している（「ａ」「ｂ」「ｃ」の文字は省略）。
（１）各電磁コイル２１０の上底部２１１が、その電磁コイル２１０の上底部２１１の側に隣接する他の１つの電磁コイル２１０の空芯領域２１８（図２Ｃ）内に収容されている。
（２）各電磁コイル２１０の上底部２１１及び２つの脚部２１３，２１４が、その電磁コイル２１０の下底部２１２の側に隣接する他の電磁コイル２１０の上底部２１１及び２つの脚部２１３，２１４と径方向に重なること無く、ローター３００の中心軸Ｃ（図１）の周りの周回方向に並ぶように配置されている。
【００３８】
図５は、第１実施形態における電磁コイル２１０の結線状態を示す説明図である。図５の最上部にはＡ相用の電磁コイル２１０（Ａ）の断面が描かれており、その下にＢ相用の電磁コイル２１０（Ｂ）の断面が描かれている。各電磁コイル２１０（Ａ），２１０（Ｂ）のうち、文字「Ａ＋」「Ａ−」「Ｂ＋」「Ｂ−」が記載されている矩形部分は、図１の有効コイル部ＶＣＰ（すなわち、図２Ａの上底部２１１又は下底部２１２）の断面を示しており、文字「Ａ＋」「Ａ−」「Ｂ＋」「Ｂ−」は電流の向きの違いを示している。図５の下部には、Ａ相とＢ相を含むコイルアセンブリー２１０ＡＳと、複数の永久磁石３２０との位置関係を示している。但し、ここでは図示の便宜上、両者がそれぞれ直線上にあるものとして簡略化している。この図から理解できるように、Ａ相用の電磁コイル２１０（Ａ）と、Ｂ相用の電磁コイル２１０（Ｂ）は、永久磁石３２０から同じ距離Ｇに配置されている。従って、トルクリップルの少ない２相のコアレスモーター１００を容易に実現することが可能である。
【００３９】
図６Ａ〜図６Ｂは、電磁コイル２１０の形成工程を示す説明図である。まず、図６Ａに示す工程では、コイル用導線を準備し、α巻きとなるようにコイル用導線のほぼ真ん中から両端側をそれぞれ外側方向へ巻いてゆくことにより、一本のコイル用導線から２つのコイル部２１０ｕ，２１０ｄを形成する。図中の矢印は巻き方向ＷＤを示している。図６Ａの左側は平面図であり、図６Ａの右側は有効コイル部の断面図である。２つのコイル部２１０ｕ，２１０ｄからは、コイル端部２１５，２１６がそれぞれ外部に突出している。次に、図６Ｂに示す工程において、２つのコイル部２１０ｕ，２１０ｄを対面で重ね合わせて平面状の電磁コイル２１０を形成する。図中の矢印は、コイル端部２１５から電流が流れた場合の電流方向を示している。次に、平面状の電磁コイル２１０に曲げ加工を施すことによって、図２Ａ〜図２Ｃに示した形状を有する電磁コイル２１０が得られる。なお、コイル部２１０ｕ，２１０ｄは、積層数を同数として説明したが、両者の積層数を一致させる必要はなく、異なる積層数としてもよい。例えば、一方のコイル部２１０ｕを１層構造とし、他方のコイル部２１０ｄを４層構造とするようにしてもよい。
【００４０】
図７は、電磁コイルを形成するために使用されるコイル用導線の構造例を示す説明図である。図７の上段に示す第１のコイル用導線４１０は、それぞれ絶縁されていない複数の非絶縁導線４１１を束ねた導線束４１２と、この導線束４１２の周囲を被覆する絶縁被覆層４１４と、を備えている。この絶縁被覆層４１４は、電磁コイルにおいてコイル用導線４１０の１巻分に生じる誘起電圧に耐えるだけの絶縁性を有していればよく、後で述べる第２の絶縁被膜によってコイル間及び相間に生じる電位差に耐える絶縁性が確保される。非絶縁導線４１１は、例えば、裸の銅線である。絶縁被覆層４１４の周囲には、自己融着層４１６が形成されている。自己融着層４１６は、熱又は溶剤により活性化して、隣接するコイル用導線４１０を互いに融着させる機能を有する。なお、自己融着層４１６は省略してもよい。導線束４１２は、編組みされていない。このコイル用導線４１０の断面は円形であるが、断面を略矩形に形成してもよい。
【００４１】
なお、コイル用導線として慣用されるエナメル線は、個々の導線が絶縁被膜で絶縁されているので、永久磁石３２０が電磁コイルの近傍を通過する際に、比較的大きな渦電流が電磁コイルに発生するという問題がある。渦電流を低減するために、例えばリッツ線（エナメル線をより合わせた線）を使用することが可能である。しかし、本願の発明者は、リッツ線をコイル用導線として使用すると、電磁コイルの成形時に局所的に過度の伸長が生じたり、断線が生じたりするという問題があることを見いだした。一方、図７に示したコイル用導線４１０は、複数の非絶縁導線４１１を束ねた導線束４１２と、導線束４１２の周囲を被覆する絶縁被覆層４１４と、を有するので、電磁コイルに局所的に過度の伸長が生じたり、断線が生じたりすることを抑制できる。本願の発明者の実験によれば、この第１のコイル用導線４１０は、非絶縁導線４１１の線径を市販のリッツ線の銅線の線径より細くした場合にも、リッツ線に比べて断線が少ないことが確認された。
【００４２】
また、本願の発明者は、第１のコイル用導線４１０に発生する渦電流の大きさを実験的に調べた結果、リッツ線を用いた場合に比べて導線の線径を細くすることができ、渦電流を大幅に低減できることを見いだした。渦電流は、コイルに対する永久磁石の相対位置変化を妨げる方向で発生するので、コアレスモーターを回転させる際の抵抗力の原因となるので、低減する必要がある。なお、渦電流の実験としては、コイル用導線４１０を直線的に配置した状態で、その表面近傍の位置を永久磁石が通過するように永久磁石を移動させ、その際にコイル用導線４１０に発生する力を測定する実験を行った。このとき、コイル用導線４１０に発生する力は、コイル用導線４１０に発生する渦電流の大きさに比例するものと考えることが可能である。
【００４３】
なお、第１のコイル用導線４１０を用いて図２Ａ〜図２Ｃに示す形状を有する個々の電磁コイル２１０を作成した後に、個々の電磁コイル２１０の全体を、更に第２の絶縁被膜で被覆することによって、コイル間及び相間に生じる電位差に耐える絶縁性を確保するようにしてもよい。この第２の絶縁被膜は、導線束４１２の周囲の絶縁被覆層４１４よりも耐電圧特性に優れた絶縁材料で形成することが好ましい。
【００４４】
なお、渦電流はコイルを形成する非絶縁導電線４１１の断面方向に渦を巻くので、非絶縁導電線４１１の断面積が小さいほど好適である。具体的には０．０４ｍｍ２以下とすると良い。より好適には０．０２ｍｍ２以下とするとよいが、本構成では断面積が小さくなることによる電気抵抗の増大を考慮する必要がある。
【００４５】
図７の中段に示す第２のコイル用導線４２０も、それぞれ絶縁されていない複数の非絶縁導線４２１を束ねた導線束４２２と、この導線束４２２の周囲を被覆する絶縁被覆層４２４と、を備えている。非絶縁導線４２１は、例えば、裸の銅線である。絶縁被覆層４２４の周囲には、自己融着層４２６が形成されている。導線束４１２は、編組みされており、この例では平編みされている。このコイル用導線４２０の断面は略矩形であるが、断面を円形に形成してもよい。このコイル用導線４２０は、導線束４２２が編組みされているので、コイル用導線４２０の伸縮性を高めることができる。この結果、コイル用導線４２０を巻いて電磁コイルを作成する際に、電磁コイルに局所的に過度の伸長が生じたり、断線が生じたりすることを更に抑制できる。特に、導線束４２２を平編みとした場合には、直交する２つの方向（図７の左右方向と上下方向）の両方向に沿った伸縮性を高めることが可能である。
【００４６】
第２のコイル用導線４２０に発生する渦電流の大きさは、第１のコイル用導線４１０よりも更に大幅に低下した。この理由は、導線束４２２を編組みすることにより、非絶縁導線４２１の線径をリッツ線の銅線の線径よりも大幅に小さくすることができ、渦電流の経路がさらに分断されて、渦電流が発生しにくくなるからであると推定される。
【００４７】
本構成では、各非絶縁導電線４２１は編組みされているため、個々の非絶縁導電線４２１の断面積を０．０４ｍｍ２以下又は０．０２ｍｍ２以下としても、電気抵抗の増大は問題とならない。渦電流の起電力は小さいため、非絶縁導電線４２１をまたがって流れることができずに減衰するが、コイル電流は十分な電圧によって供給されるため非絶縁性導電線をまたがって流れるからであると推測される。
【００４８】
図７の下段に示す第３のコイル用導線４３０も、それぞれ絶縁されていない複数の非絶縁導線４３１を束ねた導線束４３２と、この導線束４３２の周囲を被覆する絶縁被覆層４３４と、を備えている。非絶縁導線４３１は、例えば、裸の銅線である。絶縁被覆層４３４の周囲には、自己融着層４３６が形成されている。更に、個々の非絶縁導線４３１の表面には、めっき層４３８（例えばＳｎめっき層）が形成されている。導線束４３２は、編組みされており、この例では平編みされている。このコイル用導線４３０の断面は略矩形であるが、断面を円形に形成してもよい。このコイル用導線４３０も、導線束４３２が編組みされているので、コイル用導線４２０の伸縮性を高めることができる。この結果、コイル用導線４２０を巻いて電磁コイルを作成する際に、電磁コイルに局所的に過度の伸長が生じたり、断線が生じたりすることを更に抑制できる。
【００４９】
第３のコイル用導線４３０に発生する渦電流の大きさは、第２のコイル用導線４２０よりやや大きく、第１のコイル用導線４１０とほぼ同程度であった。従って、渦電流を小さくするという観点からは、第２のコイル用導線４２０のように、メッキされていない銅線を非絶縁導線として用いることが好ましい。
【００５０】
以上のように、第１実施形態では、各電磁コイル２１０の上底部２１１及び２つの脚部２１３，２１４が、その電磁コイル２１０の下底部２１２の側に隣接する他の電磁コイル２１０の上底部２１１及び２つの脚部２１３，２１４と径方向に重なること無く周回方向に並ぶように配置されているので、トルクリップルの少ない２相のコアレス電気機械装置を実現できる。
【００５１】
Ｂ．第２実施形態
図８Ａ〜図８Ｃは、第２実施形態における電磁コイル２２０を示す図であり、第１実施形態の図２Ａ〜図２Ｃと対応する図である。図９は、図８Ａ〜図８Ｃに示した電磁コイル２２０を円筒状に並べた、又は、円環状に組み合わせたコイルアセンブリー２２０ＡＳの斜視図である。なお、図１に示したコアレスモーターの断面構造は、第２実施形態も第１実施形態と同じである。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、電磁コイルの形状が異なる点だけあり、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００５２】
図８Ｃの平面視に示すように、第２実施形態の電磁コイル２２０も、第１実施形態の電磁コイル２１０と同様に、ローター３００の中心軸Ｃ（図１）に平行な上底部２２１と、上底部２２１に対向する下底部２２２と、上底部２２１と下底部２２２とを接続する２つの脚部２２３，２２４と、を有する台形形状の集中巻きコイルとして構成されている。上底部２２１と下底部２２２と２つの脚部２２３，２２４とに囲まれた空間は、空芯領域２２８である。
【００５３】
第２実施形態の電磁コイル２２０では、ローター３００の中心軸Ｃから上底部２２１と下底部２２２までの距離の関係が、第１実施形態の電磁コイル２１０と逆である。すなわち、第２実施形態の電磁コイル２２０では、上底部２２１の方が、下底部２２２よりもローター３００の中心軸Ｃに近い位置に存在する。上底部２２１及び下底部２２２の脚部２２３，２２４との接続位置は、上底部２２１の両端においては上底部２２１が存在する第１円周上に配置されており、下底部２２２の両端においては下底部２２２が存在する第２円周上に配置されている。第２円周は、第１円周よりも外側（コイルアッセンブリーの中心軸から遠い位置）に配置されている。脚部２２３，２２４の段差は、上底部２２１よりも下底部２２２に近い位置において第１円周と第２円周の間を接続する。その他の形状的な特徴は、第１実施形態とほぼ同様なのでここでは説明を省略する。この第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００５４】
Ｃ．第３実施形態
図１０Ａ〜図１０Ｃは、第３実施形態における電磁コイル２３０を示す図であり、第１実施形態の図２Ａ〜図２Ｃと対応する図である。図１１は、図１０Ａ〜図１０Ｃに示した電磁コイル２３０を円筒状に並べた、又は、円環状に組み合わせたコイルアセンブリー２３０ＡＳの斜視図である。図１１において、電磁コイルの符号２３０の後ろに付された「（Ｕ）」「（Ｖ）」「（Ｗ）」の文字は、Ｕ相とＶ相とＷ相の違いを示している。すなわち、第３実施形態のコアレスモーターは、３相モーターである。
【００５５】
なお、図１に示したコアレスモーター１００の断面構造は、第３実施形態も第１実施形態とほぼ同じである。第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、電磁コイルの形状が異なる点と、３相モーターとして構成されている点、の２点であり、他の構成は第１実施形態とほぼ同じである。
【００５６】
図１０Ｃの平面視に示すように、第３実施形態の電磁コイル２３０も、第１実施形態の電磁コイル２１０と同様に、ローター３００の中心軸Ｃ（図１）に平行な上底部２３１と、上底部２３１に対向する下底部２３２と、上底部２３１と下底部２３２とを接続する２つの脚部２３３，２３４と、を有する台形形状の集中巻きコイルとして構成されている。上底部２３１と下底部２３２と２つの脚部２３３，２３４は、いずれも直線的な形状を有する。また、上底部２３１は、下底部２３２よりも短い。上底部２３１と下底部２３２は、ローター３００の中心軸Ｃと平行な方向（Ｙ方向）に延びる２本の平行なコイル部分であり、図１の有効コイル部ＶＣＰに相当する部分を含んでいる。上底部２３１と下底部２３２と２つの脚部２３３，２３４とに囲まれた空間は、空芯領域２３８である。２つの脚部２３３，２３４は、下底部２３２と各脚部２３３，２３４との間の角度θ１，θ２がそれぞれ９０度未満になるように形成されている。この例では、２つの角度θ１，θ２は等しい値に設定されており、電磁コイル２３０は平面視で等脚台形形状を有する。但し、２つの角度θ１，θ２は、異なる値に設定されていてもよい。
【００５７】
上底部２３１と下底部２３２は、ローター３００の中心軸Ｃからの距離が異なる２つの円周上にそれぞれ配置されている。具体的には、上底部２３１の方が、下底部２３２よりもローター３００の中心軸Ｃから遠い位置に存在する。この位置関係は、第１実施形態と同じである。但し、第２実施形態と同様に、上底部２３１が、下底部２３２よりもローター３００の中心軸Ｃに近い位置に存在するように電磁コイル２３０を形成してもよい。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、２つの脚部２３３，２３４は、上底部２３１と下底部２３３とを接続するための段差をそれぞれ有している。電磁コイル２３０の２つのコイル端部２３５，２３６は、下底部２３２の第２コイルエンド部ＣＥ２（図１）の側から取り出されている。上底部２３１及び下底部２３２の脚部２３３，２３４との接続位置は、上底部２３１の両端においては上底部２３１が存在する第１円周上に配置されており、下底部２３２の両端においては下底部２３２が存在する第２円周上に配置されている。第１円周は、第２円周よりも外側（コイルアッセンブリーの中心軸から遠い位置）に配置されている。脚部２３３，２３４の段差は、上底部２３１よりも下底部２３２に近い位置において第１円周と第２円周の間を接続する。
【００５８】
図１１に示すように、コイルアセンブリー２３０ＡＳは、ローター３００の中心軸Ｃ周りの周回方向に沿って複数の電磁コイル２３０を等間隔でリング状に配置し、互いに接着することによって形成できる。このとき、隣接する電磁コイル２３０の第１の脚部２３３同士及び第２の脚部２３４同士が、周回方向において互いに接した状態になるように配置すれば、コイル線密度を高めることが可能である。この場合には、電磁コイル２３０は平面視で等脚台形形状を有することが好ましい。第３実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、周回方向に沿って隣接する任意の３つの電磁コイル２３０がそれぞれ異なる相（Ｕ相、Ｗ相、又は、Ｗ相）に属するように複数の電磁コイル２３０が結線される。
【００５９】
図１２は、第３実施形態における複数の電磁コイル２２０の重なり状態を平面視で示す説明図であり、図４Ｃの下部の図に相当する。電磁コイルの符号２３０の後ろに付した「ａ」「ｂ」「ｃ」の文字は、単に３つの電磁コイル２３０を識別するために付したものであり、実質的に同一形状の電磁コイル２３０を示している。また、図１２では、図１１に示したコイルアセンブリー２２０ＡＳとほぼ同じ重なり状態を示している。また、図１２では、各電磁コイル２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃについて、上底部２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃと、下底部２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃと、第１の脚部２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃと、第２の脚部２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃにそれぞれの符号を付している。
【００６０】
図１２から理解できるように、第３実施形態のコイルアセンブリー２３０Ａは、以下のような特徴を有している（「ａ」「ｂ」「ｃ」の文字は省略）。
（１）周回方向に沿って隣接する任意の２つの電磁コイル２３０の上底部２３１が、それら２つの電磁コイル２３０の上底部２３１の側に隣接する他の１つの電磁コイル２３０の空芯領域２３８内に収容されている。
（２）各電磁コイル２３０の上底部２３１及び２つの脚部２３３，２３４が、その電磁コイル２３０の下底部２３２の側に隣接する他の電磁コイル２３０の上底部２３１及び２つの脚部２３３，２３４と径方向に重なること無く、ローター３００の中心軸Ｃ（図１）の周りの周回方向に並ぶように配置されている。
【００６１】
図１３は、第３実施形態における電磁コイル２３０の結線状態を示す説明図である。図１３の上部には、Ｕ相用の電磁コイル２３０（Ｕ）の断面と、Ｖ相用の電磁コイル２３０（Ｖ）の断面と、Ｗ相用の電磁コイル２３０（Ｗ）の断面が描かれている。各電磁コイル２３０（Ｕ），２３０（Ｖ），２３０（Ｗ）のうち、文字「Ｕ＋」「Ｕ−」「Ｖ＋」「Ｖ−」「Ｗ＋」［Ｗ−」が記載されている矩形部分は、有効コイル部ＶＣＰ（すなわち、上底部２３１又は下底部２３２）の断面を示しており、文字「Ｕ＋」「Ｕ−」「Ｖ＋」「Ｖ−」「Ｗ＋」［Ｗ−」は電流の向きの違いを示している。図１３の下部には、Ｕ相とＶ相とＷ相を含むコイルアセンブリー２３０ＡＳと、複数の永久磁石３２０との位置関係を示している。但し、ここでは図示の便宜上、両者がそれぞれ直線上にあるものとして簡略化している。この図から理解できるように、Ｕ相用の電磁コイル２３０（Ｕ）と、Ｖ相用の電磁コイル２３０（Ｖ）と、Ｗ相用の電磁コイル２３０（Ｗ）は、永久磁石３２０から同じ距離Ｇに配置されている。従って、トルクリップルの少ない３相のコアレス電磁機械装置を容易に実現することが可能である。
【００６２】
なお、上述した各実施形態では、コイルアッセンブリーの内側にローターが配置されるインナーローター構造の電気機械装置について説明したが、本発明は、コイルアッセンブリーの外側にローターが配置されるアウターローター構造の電気機械装置にも適用可能である。
【００６３】
図１４は、アウターローター構造の電気機械装置の一例としてのコアレスモーター１００ａの断面図である。図１に示したインナーローター構造のコアレスモーター１００の部品と対応する部品には同一の符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。図１４のコアレスモーター１００ａでは、ローター３００の永久磁石３２０が、電磁コイル２１０を有するステーター２００の径方向の外側にギャップを介して配置されている。回路基板１３０に設置された磁気センサー１４０は、この永久磁石３２０に対向する位置に設置されている。また、回路基板１３０は、外部配線との接続を行うためのコネクター１８０が接続されている。アウターローター構造は、ステーター２００がローター３００と同心円上にローター３００からギャップを介して配置されている点でインナーローター構造と共通している。このようなアウターローター構造の電気機械装置においても、インナーローター構造の電気機械装置とほぼ同様の効果を得ることが可能である。
【００６４】
また、図５及び図１３の概念図から理解できるように、本発明は、回転式の電気機械装置に限らず、リニア式の電気機械装置にも適用できる。この場合には、例えば、上記実施形態において「中心軸回りに回転するローター」を「移動軸上を移動するスライダー」と読み替える。また、電磁コイルの上底部と下底部は、互いに平行な２つの平面上にそれぞれ配置され、コイルアセンブリーは、スライダーの移動方向に沿って複数の電磁コイルを等間隔で配置した構成となる。
【００６５】
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、上述の効果の一部又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】
【００６６】
１００…コアレスモーター、１１０…ケーシング、１２０…軸受け、１３０…回路基板、１４０…磁気センサー、１５０…結線用基板、１６０…コイル端子、１７０…樹脂、２００…ステーター、２１０…電磁コイル、２１０ＡＳ…コイルアセンブリー、２１１…上底部、２１２…下底部、２１３，２１４…脚部、２１３ｉ…内側面、２１３ｏ…外側面、２１４ｉ…内側面、２１４ｏ…外側面、２１５，２１６…コイル端部、２１８…空芯領域、２２０…電磁コイル、２２０ＡＳ…コイルアセンブリー、２２１…上底部、２２２…下底部、２２３，２２４…脚部、２２５，２２６…コイル端部、２２８…空芯領域、２３０…電磁コイル、２３０ＡＳ…コイルアセンブリー、２３１…上底部、２３２…下底部、２３３，２３４…脚部、２３５，２３６…コイル端部、２３８…空芯領域、２５０…コイルバックヨーク、３００…ローター、３１０…ローター軸、３２０…永久磁石、４１０…コイル用導線、４１１…非絶縁導線、４１２…導線束、４１４…絶縁被覆層、４１６…自己融着層、４２０…コイル用導線、４２１…非絶縁導線、４２２…導線束、４２４…絶縁被覆層、４２６…自己融着層、４３０…コイル用導線、４３１…非絶縁導線、４３２…導線束、４３４…絶縁被覆層、４３６…自己融着層、４３８…めっき層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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