(57)【要約】【課題】トルクリップルのないコアレスモーターを提供する。【解決手段】複数の単位コイルを円周方向に配列して空芯巻線を構成し、空芯巻線の内部にはＭ極に着磁した永久磁石を設けて、空芯巻線にＮ相の電流を流して回転トルクを発生させる。空芯巻線には、Ｎ×Ｍ個の単位コイルが、永久磁石の中心軸から見て２π／（Ｎ×Ｍ）の角度ずつ位置をずらして配列されている。そして、単位コイルの形状は、永久磁石の中心軸から見て円周方向の角度が２π／Ｍで、その２π／Ｍの両端の２π／（Ｎ×Ｍ）の角度範囲が斜辺の六角形状となっている。こうすれば、ある単位コイルの回転トルクが低下する期間と、他の単位コイルの回転トルクが回復する期間とがちょうど重なるので、トルクリップルのないコアレスモーターを実現できる。【選択図】図２
2012147623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線を複数回巻回して形成された単位コイルと、複数の該単位コイルを一方向に配列す
ることによって中空の円筒形状に形成された空芯巻線と、該空芯巻線の内周側に設けられ
て外周面が多極に着磁された円筒形状の永久磁石とを備え、該空芯巻線にＮ相（Ｎは３以
上の整数）の電流を流すことによって回転トルクを発生させるコアレスモーターであって
、
前記永久磁石は、該永久磁石の中心軸から見て２π／Ｍ（但しＭは偶数）の角度で交互
に極性が切り換わるように着磁されており、
前記空芯巻線は、Ｎ×Ｍ個の前記単位コイルを、前記永久磁石の中心軸からみて２π／
（Ｎ×Ｍ）の角度ずつ位置をずらして配列することによって形成されており、
前記単位コイルは、前記永久磁石の中心軸から見て円周方向の角度が２π／Ｍの大きさ
を有し、該２π／Ｍの両端の２π／（Ｎ×Ｍ）の角度範囲が斜辺の六角形状に形成された
コイルであるコアレスモーター。
【請求項２】
Ｎ＝３である請求項１に記載のコアレスモーター。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコアレスモーターを搭載したロボットハンド。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のコアレスモーターを搭載したロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を用いて回転トルクを発生させるモーターに関し、特に円筒形状の空芯
巻線と、その内側に設けられて多極に着磁された永久磁石とを組み合わせて構成したコア
レスモーター、およびコアレスモーターを搭載したロボットハンドあるいはロボットに関
する。
【背景技術】
【０００２】
電線を巻回して形成した複数の単位コイルを一方向に配列することによって、中空の円
筒形状の空芯巻線を形成し、この空芯巻線の内側に、多極に着磁された永久磁石によるロ
ーターを設けて、空芯巻線の単位コイルに流す電流の向きを切り換えることによって、ロ
ーターを回転させるコアレスモーター（インナーローター形式のコアレスモーター）が知
られている。あるいは、空芯巻線をローターとし、その内側に設けられた永久磁石をステ
ーターとするアウターローター形式のコアレスモーターも知られている（たとえば特許文
献１）。これらのコアレスモーターには、コアが無いためにローターの回転慣性が小さく
なって応答性が向上し、更に小型化が比較的容易であるという利点がある。また、これら
のコアレスモーターは、永久磁石が形成する磁界の中で巻線に電流を流したときに、巻線
が受けるローレンツ力を利用して回転トルクを発生させることを動作原理としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、コアレスモーターには、ローター（永久磁石または空芯巻線の何れか）の回転
に伴って空芯巻線の単位コイルが永久磁石から受ける磁界の向きが切り換わる際に、一時
的な回転トルクの落ち込み（いわゆるトルクリップル）が発生するという問題がある。
【０００５】
この発明は、従来の技術が有する上述した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、トルクリップルを発生させないコアレスモーターの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のコアレスモーターは次の構
成を採用した。すなわち、
電線を複数回巻回して形成された単位コイルと、複数の該単位コイルを一方向に配列す
ることによって中空の円筒形状に形成された空芯巻線と、該空芯巻線の内周側に設けられ
て外周面が多極に着磁された円筒形状の永久磁石とを備え、該空芯巻線にＮ相（Ｎは３以
上の整数）の電流を流すことによって回転トルクを発生させるコアレスモーターであって
、
前記永久磁石は、該永久磁石の中心軸から見て２π／Ｍ（但しＭは偶数）の角度で交互
に極性が切り換わるように着磁されており、
前記空芯巻線は、Ｎ×Ｍ個の前記単位コイルを、前記永久磁石の中心軸からみて２π／
（Ｎ×Ｍ）の角度ずつ位置をずらして配列することによって形成されており、
前記単位コイルは、前記永久磁石の中心軸から見て円周方向の角度が２π／Ｍの大きさ
を有し、該２π／Ｍの両端の２π／（Ｎ×Ｍ）の角度範囲が斜辺の六角形状に形成された
コイルであることを要旨とする。
【０００７】
こうした構成を有する本発明のコアレスモーターにおいては、複数の単位コイルを円周
方向に配列して空芯巻線を構成し、この空芯巻線にＮ相の電流を流すことによって回転ト
ルクを発生させる。また、空芯巻線の内側に設けられる永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが一定
の角度で交互に繰り返されている。ここで、永久磁石の極数をＭ極（Ｍは偶数）とすると
、本発明のコアレスモーターの空芯巻線は、Ｎ×Ｍ個の単位コイルが、永久磁石の中心軸
から見て２π／（Ｎ×Ｍ）の角度ずつ位置をずらして配列されることによって形成されて
いる。そして、単位コイルの形状は、永久磁石の中心軸から見て円周方向の角度が２π／
Ｍの大きさを有し、且つ、その２π／Ｍの両端の２π／（Ｎ×Ｍ）の角度範囲が斜辺の六
角形状となっている。
【０００８】
一般にコアレスモーターでは、単位コイルが永久磁石の磁極の境目を通過する際に、一
瞬だけ回転トルクが低下してトルクリップルを発生させる。ここで、本発明のコアレスモ
ーターでは、単位コイルが六角形状となっているので、単位コイルの先端側が磁極の境目
に差し掛かっても、急激に回転トルクが低下することがなく、ローター（空芯巻線または
永久磁石の何れか）の回転とともに低下する。また、単位コイルの後端側が磁極の境目か
ら抜け出す際にも、ローター（空芯巻線または永久磁石の何れか）の回転とともに回転ト
ルクが回復する。そして、詳細には後述するが、空芯巻線を駆動する相数をＮ相、永久磁
石の極数をＭ極（Ｍは偶数）とした時に、Ｎ×Ｍ個の単位コイルを、永久磁石の中心軸か
ら見て２π／（Ｎ×Ｍ）の角度ずつ位置をずらして配列し、そして、六角形の単位コイル
の斜辺の部分が、永久磁石の中心軸から見て円周方向に２π／（Ｎ×Ｍ）の角度範囲とな
るようにしておけば、ある単位コイルで回転トルクが低下する期間と、他の単位コイルで
は回転トルクが回復する期間とがちょうど重なるようになる。このため、トルクリップル
のないコアレスモーターを実現することが可能となる。
【０００９】
また、上述した本発明のコアレスモーターにおいては、空芯巻線に三相の電流を流すこ
とによって（すなわち、Ｎ＝３）モーターを駆動しても良い。
【００１０】
コアレスモーターを多相で駆動する場合、相数（Ｎ）が多くなるほど発生する回転トル
クは増加する。しかし、相数（Ｎ）が多くなると相毎に電流を切り換えるための制御が複
雑となる。また、詳細には後述するが、本発明のコアレスモーターでは単位コイルの斜辺
の部分が回転トルクを発生させており、相数（Ｎ）が多くなるほど、単位コイルの中で斜
辺の部分が占める割合が減少する。このため、相数（Ｎ）があまりに多くなると、巻線効
率の低下も懸念される。こうした各種の点を考慮すると、空芯巻線を三相の電流で駆動し
た場合（すなわち、Ｎ＝３の場合）に、もっともバランスの良いコアレスモーターを実現
することが可能となる。
【００１１】
また、上述した本発明のコアレスモーターは、多相で駆動するために高トルクを発生さ
せることが可能でありながら、トルクリップルが生じないので、ロボットハンドあるいは
ロボットに組み込んで使用されるモーターとして特に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例のコアレスモーターの大まかな構造を示した説明図である。
【図２】本実施例のコアレスモーターの空芯巻線の構造を示した説明図である。
【図３】空芯巻線を構成する単位コイルの形状、および各相の単位コイルの位置関係を示した説明図である。
【図４】Ｎ相駆動のコアレスモーターに用いられる単位コイルの形状を示した説明図である。
【図５】一般的なコアレスモーターの動作原理を示す説明図である。
【図６】単位コイルと磁極の境目との位置関係に応じて、本実施例の単位コイルが回転力を発生する様子を示した説明図である。
【図７】単位コイルと磁極の境目との位置関係に応じて、本実施例の単位コイルが回転力を発生する様子を示した説明図である。
【図８】単位コイルが永久磁石に対して相対的に移動することに伴って回転力が変動する様子を示す説明図である。
【図９】本実施例のコアレスモーターによって得られる回転力を示す説明図である。
【図１０】四相のコアレスモーターによって得られる回転力を示す説明図である。
【図１１】本実施例のコアレスモーターをロボットハンドの関節部分に組み込んだ様子を例示した説明図である。
【図１２】ロボットのアクチュエーターとして本実施例のコアレスモーターを組み込んだ様子を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．本実施例のコアレスモーターの構造：
Ｂ．コアレスモーターの動作原理：
Ｃ．本実施例のコアレスモーターの動作：
Ｄ．適用例：
【００１４】
Ａ．本実施例のコアレスモーターの構造  ：
図１は、本実施例のコアレスモーター１００の大まかな構造を示した説明図である。図
１（ａ）に示されるように、本実施例のコアレスモーター１００は、円筒形状の空芯巻線
１１０の内側に、円柱形の永久磁石１２０が収容されて、永久磁石１２０の中心軸と同軸
に回転軸１２２が設けられている。永久磁石１２０は、中心軸から等角度でＮ極とＳ極と
が交互に切り換わるように着磁されている。また、空芯巻線１１０は、電線を巻回して中
空の円筒形状に形成された後、樹脂によって固められて構成されている。
【００１５】
尚、回転軸１２２が永久磁石１２０に設けられていることから明らかなように、本実施
例のコアレスモーター１００は、永久磁石１２０がローターとなり、空芯巻線１１０がス
テーターとなったいわゆるインナーローター形式のコアレスモーター１００である。もち
ろん、このような構成に限られるものではなく、空芯巻線１１０に回転軸１２２を設ける
ことによって、いわゆるアウターローター形式のコアレスモーター１００を構成すること
も可能である。
【００１６】
図１（ｂ）は、回転軸１２２の方向から、本実施例のコアレスモーター１００の底面を
見た様子を示す説明図である。詳細には後述するが、本実施例のコアレスモーター１００
の空芯巻線１１０は、電線を所定形状に何回も巻回することによって形成した単位コイル
１１２を、所定角度ずつ位置をずらして重ねることによって形成されている。
【００１７】
図２は、本実施例の空芯巻線１１０の構造を例示した説明図である。尚、前述したよう
に空芯巻線１１０は、永久磁石１２０の周囲を取り巻く中空の円筒形状に形成されている
が、理解の便宜を図るために、図２では、円筒形状の空芯巻線１１０および永久磁石１２
０が平面上に展開した状態で表示されている。図２（ａ）に示されるように、単位コイル
１１２は、六角形状に形成されており、この六角形状の単位コイル１１２が等距離ずつ位
置をずらしながら重ねられることによって、空芯巻線１１０が形成されている。尚、図２
では円筒形状の空芯巻線１１０を平面に展開した状態で表示されているから、図２の図面
上で単位コイル１１２が等しい「距離」ずつ位置がずれていることは、実際の空芯巻線１
１０では等しい「角度」ずつ位置がずれていることに対応する。
【００１８】
また、本実施例のコアレスモーター１００では、これら複数の単位コイル１１２が３つ
のグループに分けられており、同じグループの単位コイル１１２は、一続きの電線を巻回
することによって形成されている。以下では、これらのグループを区別する必要がある場
合は、「ａ相」、「ｂ相」、「ｃ相」と呼ぶことにする。これらａ相の単位コイル１１２
ａと、ｂ相の単位コイル１１２ｂと、ｃ相の単位コイル１１２ｃとは、互いに別々に設け
られているのではなく、この順番で交互に重ねられた状態で配列されている。
【００１９】
図３は、空芯巻線１１０を構成する単位コイル１１２の形状、および各相の単位コイル
１１２の位置関係を示した説明図である。尚、単位コイル１１２は、電線を複数回巻回す
ることによって構成されている。電線を巻回する際に、どうしても電線の位置が少しずつ
ずれてしまうので、電線の巻き方や巻回数によって単位コイル１１２の外形形状には差が
生じる。そこで、単位コイル１１２を構成する一巻き分の電線に着目して、これを単位巻
回要素１１４と呼ぶことにする。また、単位コイル１１２に含まれる複数の単位巻回要素
１１４にも、多少のばらつきが考えられるので、これらの平均的な単位巻回要素１１４の
形状を想定して、これが単位コイル１１２の形状を代表するものとする。
【００２０】
図３中に示した「ｐ」は、永久磁石１２０の磁界の向きが一定に保たれている角度範囲
を示している。以下では、この角度範囲を「単位磁極角度ｐ」と呼ぶことにする。図３に
示されるように、単位コイル１１２の形状（正確には、単位巻回要素１１４の形状）は、
左右方向（コアレスモーター１００の回転方向に対応）が斜辺の六角形に形成されている
。また、左右方向（回転方向）の幅は、永久磁石１２０の中心軸から見て単位磁極角度ｐ
となる大きさに設定され、両端に設けられた斜辺の部分は、永久磁石１２０の中心軸から
見て単位磁極角度ｐの１／３の角度となる大きさに設定されている。そして、ａ相の単位
巻回要素１１４と、ｂ相の単位巻回要素１１４と、ｃ相の単位巻回要素１１４とは、永久
磁石１２０の中心軸から見て単位磁極角度ｐの１／３の角度ずつ位置をずらして配置され
ている。
【００２１】
尚、図３に示した例で、単位巻回要素１１４の斜辺の部分が、単位磁極角度ｐの１／３
の角度に設定されており、各相の単位巻回要素１１４が、単位磁極角度ｐの１／３の角度
ずつ位置をずらして配置されているのは、本実施例のコアレスモーター１００が三相の電
流で駆動されるものとしていることに対応するものである。コアレスモーター１００をＮ
相の電流で駆動する場合には、図４に示したように、単位巻回要素１１４の斜辺の部分が
、単位磁極角度ｐの１／Ｎの角度に設定すればよい。そして、Ｎ相の単位巻回要素１１４
を、単位磁極角度ｐの１／Ｎの角度ずつ位置をずらして配置すればよい。
【００２２】
Ｂ．コアレスモーターの動作原理  ：
以下では、上述した構成を有する本実施例のコアレスモーター１００では、トルクリッ
プルが発生しない理由について説明するが、その準備として、先ず始めに一般的なコアレ
スモーターの動作原理について簡単に説明しておく。
【００２３】
図５は、一般的なコアレスモーターの動作原理を示した説明図である。一般的なコアレ
スモーターでは、電線は六角形状ではなく長方形に巻回されている。図５には、長方形に
巻回された単位巻回要素１１６が示されている。単位巻回要素１１６の短辺の長さ（実際
には角度範囲）は、永久磁石１２０の単位磁極角度ｐと同じに設定されている。
【００２４】
単位巻回要素１１６が、永久磁石１２０の磁極に対して図５（ａ）に示すような位置関
係にあるときに、破線で示した方向の電流を単位巻回要素１１６に流してやる。すると、
フレミングの左手の法則によって、単位巻回要素１１６には図中に白抜きの矢印で示した
方向のローレンツ力が作用する。ここで、単位巻回要素１１６はステーター側であるから
動かない。このため、永久磁石１２０が反作用を受けて回転するようになる。図中に示し
た黒塗りの矢印は、永久磁石１２０の回転方向を表している。尚、ローレンツ力は電線に
対して直角方向に作用するので、単位巻回要素１１６の中でも長方形の短辺に相当する部
分では、ローレンツ力が作用しても回転には寄与しない。従って、このような部分は、電
流を流しても単に抵抗となるだけであり、巻線効率を低下させる部分となっている。
【００２５】
また、永久磁石１２０が回転すると、図５（ｂ）に示したように、単位巻回要素１１６
に及ぼす磁界の向きが逆転する。従って、同じ方向に電流を流し続けていたのでは、ロー
レンツ力の方向が逆転して、永久磁石１２０を回転させ続けることができなくなる。そこ
でこのような場合には、単位巻回要素１１６に流す電流の向きを逆転させる。こうすれば
、単位巻回要素１１６に及ぼす磁界の向きが反転しても、ローレンツ力の方向は同じに保
つことができるので、永久磁石１２０の回転を継続することができる。このようにコアレ
スモーターでは、永久磁石１２０の回転に応じて電流の向きを切り換えることによって、
単位巻回要素１１６に作用するローレンツ力を回転トルクに変換している。
【００２６】
ここで、永久磁石１２０は一般に、磁極の境目付近では磁界の強さが弱くなる。また、
磁極の境目の真上では磁界の強さが０になる。このため、図５（ｂ）に例示されるように
、単位巻回要素１１６が磁極の境目に接近すると、単位巻回要素１１６に作用するローレ
ンツ力が低下して、回転トルクが一瞬だけ低下することになる。このため、図５に示すよ
うなコアレスモーターではトルクリップルが発生する。これに対して、単位コイル１１２
が図３に示した六角形状に形成された本実施例のコアレスモーター１００では、トルクリ
ップルが生じない。以下、この点について詳しく説明する。
【００２７】
Ｃ．本実施例のコアレスモーターの動作  ：
先ず始めに、一つの単位巻回要素１１４に着目して、永久磁石１２０の磁極の境目との
位置関係に応じて、その単位巻回要素１１４に作用するローレンツ力について考える。た
とえば、単位巻回要素１１４が、磁極の境目に対して図６（ａ）に示すような位置にあっ
たとする。この場合、図中に破線の矢印で示した方向に電流を流すと、単位巻回要素１１
４の左右に存在する斜辺の部分には、それぞれ白抜きの矢印で示した方向にローレンツ力
が作用する。その結果、単位巻回要素１１４は、これらローレンツ力の合力に相当する回
転力を受けて、図上で右方向に移動する。尚、実際には、アウターローター形式とするか
、インナーローター形式とするかによって、空芯巻線１１０が回転する場合と、永久磁石
１２０が回転する場合とが存在する。本実施例のコアレスモーター１００はインナーロー
ター形式であるものとしているため、実際に移動するのは永久磁石１２０の方であるが、
理解の便宜から、図６では単位巻回要素１１４が移動するものとして表示している。また
、以下では、単位巻回要素１１４が右方向に移動するものとして説明することから、単位
巻回要素１１４の図面上で右側の斜辺を「前側の斜辺」と呼び、図面上で左側の斜辺を「
後側の斜辺」と呼ぶものとする。
【００２８】
単位巻回要素１１４が、図６（ａ）に示した位置から図６（ｂ）の位置まで移動しても
、単位巻回要素１１４の両側の斜辺には、同じようなローレンツ力が作用する。尚、単位
巻回要素１１４の後側の斜辺は、端部が磁極の境目に近付いている。そして、磁極の境目
では磁界の強さが減少する。しかし、本実施例では単位巻回要素１１４が六角形状となっ
ているため、磁極の境目に近付いているのは斜辺の一端部に過ぎない。その他の部分の斜
辺では、磁界の強さは変わらない。すなわち、後側の斜辺を全体としてみれば、通常とあ
まり変わらない強さのローレンツ力が作用することになる。このため、本実施例では、図
６（ｂ）に示した状態でも、単位巻回要素１１４が全体として受ける回転力が大きく低下
することがない。
【００２９】
ところが、図６（ｂ）の位置から、単位巻回要素１１４が少しでも右方向に移動すると
、図６（ｃ）に示すように、単位巻回要素１１４の後側の斜辺の先頭部分が磁極の境目を
超えるので、超えた部分に作用するローレンツ力が逆転する。図６（ｃ）中では、方向が
逆転したローレンツ力を、斜線を付した矢印で表している。尚、このようなローレンツ力
は、単位巻回要素１１４の移動方向とは逆方向であるため、負方向のローレンツ力と呼ぶ
。また、移動方向に向くローレンツ力を、正方向のローレンツ力と呼ぶことにする。
【００３０】
負方向のローレンツ力が作用する部分（すなわち、単位巻回要素１１４の後側の斜辺の
中で磁極の境目を超えた部分）の長さは、単位巻回要素１１４が右方向に移動すればする
ほど長くなる。その結果、負方向のローレンツ力も次第に大きくなる。それに伴って、単
位巻回要素１１４が全体として受ける回転力も次第に減少していく。そしてやがては、後
側の斜辺の全体が磁極の境目を超えた状態となる。
【００３１】
ここで、単位巻回要素１１４の左右方向の大きさは、永久磁石１２０に設けられた一つ
の磁極の幅（すなわち、単位磁極角度ｐ）と同じ大きさに設定されている。このため、後
側の斜辺の全体が磁極の境目を超えた状態では、図６（ｄ）に示したように、単位巻回要
素１１４の前側の斜辺に作用する正方向ローレンツ力と、後側の斜辺に作用する負方向の
ローレンツ力とが釣り合うため、単位巻回要素１１４が全体として受ける回転力は０とな
る。そこで、このタイミングで、単位巻回要素１１４に流す電流の向きを逆転させる。
【００３２】
図７（ａ）には、単位巻回要素１１４の電流の向きを逆転させた状態が示されている。
電流を逆転させたことに伴って、単位巻回要素１１４の前側の斜辺に負方向のローレンツ
力が作用し、後側の斜辺に正方向のローレンツ力が作用する。また、電流を逆転させた後
も、前側の斜辺に作用するローレンツ力と、後側の斜辺に作用するローレンツ力とが釣り
合うため、単位巻回要素１１４が受ける回転力は０のままである。
【００３３】
ところが、この状態から少しでも単位巻回要素１１４が移動すると、前側の斜辺の先頭
部分が磁極の境目を超えてローレンツ力が逆転する。すなわち、前側の斜辺には負方向の
ローレンツ力が作用していたところが、先頭部分で磁極の境目を超えた部分には正方向の
ローレンツ力が作用することになる。図７（ｂ）には、このような状態が示されている。
図示されるように、先に電流の向きを逆転させたことに伴って、単位巻回要素１１４の後
側の斜辺には正方向のローレンツ力が作用している。そして、前側の斜辺に作用していた
負方向のローレンツ力の一部が正方向のローレンツ力に逆転する結果、単位巻回要素１１
４の全体としては、正方向の回転力を受けるようになる。
【００３４】
また、図７（ｂ）に示した状態から、単位巻回要素１１４が右方向に移動すると、それ
に伴って、前側の斜辺の中で磁極の境目を超えた部分が増加していき、その結果、単位巻
回要素１１４が全体として受ける回転力も増加していく。そして、図７（ｃ）に示した位
置まで移動すると、単位巻回要素１１４の前側の斜辺の全体に正方向のローレンツ力が作
用するようになる。その後は、後側の斜辺の先頭部分が磁極の境目を超えるまで、前側お
よび後側の斜辺に正方向のローレンツ力が作用する状態が継続される。そして、後側の斜
辺の先頭部分が磁極の境目に達した状態は、図６（ｂ）を用いて前述した状態と同じであ
るから、以降は同様な状態が繰り返されることになる。
【００３５】
図８には、単位巻回要素１１４の位置に応じて、単位巻回要素１１４の回転力が変化す
る様子が示されている。ここで、単位巻回要素１１４の位置は、図８（ａ）に示されるよ
うに、前側の斜辺の後端が磁極の境目にある状態を、原点として表すものとする。先ず始
めに、Ｘ＝０の状態（Ａ状態）は、図７（ｃ）に示したように、前側および後側の何れの
斜辺にも正方向のローレンツ力が作用している状態である。
【００３６】
次に、Ｘ＝ｐ／３の状態（Ｂ状態）は、単位巻回要素１１４がｐ／３だけ移動した状態
であるから、後側の斜辺の先頭部分が磁極の境目に達した状態である。そして、図６およ
び図７を用いて前述したように、この状態でも、前側および後側の何れの斜辺にも正方向
のローレンツ力が作用する。すなわち、Ａ状態からＢ状態の間は、単位巻回要素１１４に
作用する回転力がほぼ一定となっている。
【００３７】
更に、単位巻回要素１１４がｐ／３だけ移動してＸ＝２ｐ／３の状態（Ｃ状態）になる
と、図６（ｄ）に示したように、前側の斜辺に作用するローレンツ力と後側の斜辺に作用
するローレンツ力とが釣り合って、単位巻回要素１１４に作用する回転力が０となる。ま
た、Ｂ状態からＣ状態の間では図６（ｃ）に示した状態となっており、この間では単位巻
回要素１１４の移動とともに回転力が直線的に低下する。
【００３８】
更に、単位巻回要素１１４がｐ／３だけ移動してＸ＝ｐの状態（Ｄ状態）になると、前
側の斜辺の後端が磁極の境目に重なった状態となる。図７（ｃ）を用いて前述したように
、この状態では前側および後側の何れの斜辺にも正方向のローレンツ力が作用する。また
、Ｃ状態からＤ状態の間では図７（ｂ）に示した状態となっており、この間では単位巻回
要素１１４の移動とともに回転力が直線的に増加する。更に、単位巻回要素１１４がｐ／
３だけ移動したＸ＝４ｐ／３の状態は、Ａ状態と同様な状態であり、前側および後側の何
れの斜辺にも正方向のローレンツ力が作用する。従って、Ｄ状態からＡ状態の間では、単
位巻回要素１１４に作用する回転力はほぼ一定に保たれる。このようにして、単位巻回要
素１１４に働く回転力は、単位磁極角度ｐを周期とする変動を繰り返す。
【００３９】
このように本実施例では、単位巻回要素１１４が六角形状に形成されているために、単
位巻回要素１１４が永久磁石１２０に対して相対的に移動するに伴って、回転力が直線的
に減少した後、直線的に増加して、その後は一定期間だけ回転力を保つという周期ｐのサ
イクルを繰り返す。また、単位コイル１１２は複数の単位巻回要素１１４が重ねられたも
のである。更に、同相の単位コイル１１２は単位磁極角度ｐずつ位置をずらして配置され
ているから、それぞれの単位コイル１１２では、全く同じ位相で同様なことが起こってい
る。従って、同相の単位コイル１１２を駆動したときに発生する回転力も、図８（ｂ）に
示すように変化すると考えて良い。
【００４０】
そして、図３を用いて前述したように、ａ相、ｂ相、ｃ相の単位コイル１１２は、それ
ぞれ単位磁極角度ｐの１／３ずつ位置をずらして配置されている。このため、ある一相の
単位コイル１１２で回転力が低下すると、他の二相の単位コイル１１２の中の一方では必
ず回転力が増加し、残りの単位コイル１１２では必ず回転力が一定となる。その結果、三
相を合わせてみると、常に同じ回転力が得られるようになっている。
【００４１】
図９は、三相の単位コイル１１２で得られる回転力の変化を示した説明図である。図示
されるように、ａ相の単位コイル１１２ａで得られる回転力Ｆａと、ｂ相の単位コイル１
１２ｂで得られる回転力Ｆｂと、ｃ相の単位コイル１１２ｃで得られる回転力Ｆｃとは、
互いにｐ／３ずつ位相がずれている。また、それぞれの回転力Ｆａ〜Ｆｃで、回転力が増
加する期間は破線で囲って示し、回転力が減少する期間は斜線付きの破線で囲って示して
ある。
【００４２】
図９から直ちに了解できるように、ある一相の回転力が減少している期間では、必ず回
転力が増加している相が存在している。また、残りの一相では回転力が一定となっている
。そして、ある一相での回転力の減少量と、他の一相での回転力の増加量とは常に釣り合
っているので、これら二つの相の回転力を合わせると常に、残りの一相と同じ回転力が得
られるようになっている。本実施例のコアレスモーター１００では、このようなことが回
転位置に依らず常に成り立つ。その結果、トルクリップルのないコアレスモーター１００
を実現することが可能となるのである。
【００４３】
また、図５を用いて説明したように、長方形の単位巻回要素１１６では、単位巻回要素
１１６の中で左右方向（回転方向）の部分では回転力を発生させることができないために
、巻線効率が低下する。これに対して、本実施例のコアレスモーター１００では、図３あ
るいは図４に示すように、単位巻回要素１１４が六角形状になっているので、単位巻回要
素１１４の中で左右方向（回転方向）の部分の比率が低下する。その結果、巻線効率が向
上して、いわゆる銅損を抑制することができるので、高効率のコアレスモーター１００と
することも可能となる。
【００４４】
以上では、コアレスモーター１００が三相であるものとして説明した。しかし、必ずし
も三相のコアレスモーター１００には限られず、四相以上の任意の相数のコアレスモータ
ーについても、単位巻回要素１１４の形状（単位コイル１１２の形状）を図４に示した形
状とすることで、全く同様に適用することができる。
【００４５】
図１０には、四相のコアレスモーターによって得られる回転力が示されている。四相の
場合には、ａ相〜ｄ相の各相の単位コイル１１２が、単位磁極角度ｐの１／４の角度ずつ
位置をずらして配置される。このようにすると、図１０に示されるように、ある一相の回
転力が減少している期間では、必ず回転力が増加している相が存在している。また、残り
の二相では回転力が一定となる。そして、ある一相での回転力の減少量と、他の一相での
回転力の増加量とは常に釣り合っているので、これら二つの相の回転力を合わせると常に
、残りの二相の一方と同じ回転力が得られるようになる。このように四相のコアレスモー
ター１００でも、三相の場合と同様なことが成り立つ結果、トルクリップルのないコアレ
スモーター１００を実現することが可能となる。
【００４６】
Ｄ．適用例  ：
上述した本実施例のコアレスモーター１００は、トルクリップルが全く生じないため、
極めて滑らかに動作させることができる。このため、本実施例のコアレスモーター１００
は、ロボットハンドの関節に組み込む用途のコアレスモーターとして特に適している。
【００４７】
図１１は、本実施例のコアレスモーター１００をロボットハンド２００の関節部分に組
み込んだ様子を例示した説明図である。図示したロボットハンド２００には、２本の指２
０２が向かい合うようにして設けられており、それぞれの指２０２には、根本を含めて３
つの関節が設けられている。本実施例のコアレスモーター１００は、トルクリップルが生
じないので関節を滑らかに動かすことが可能である。また、巻線効率が比較的高いので、
コアレスモーター１００内での電力損失（いわゆる銅損）を抑制することもできる。
【００４８】
また、図１２は、ロボット５００のアクチュエーターとして本実施例のコアレスモータ
ー１００を組み込んだ様子を例示した説明図である。上述したように、本実施例のコアレ
スモーター１００は、トルクリップルが生じないので、滑らかに動作させることができる
という優れた特性を有している。このため、本実施例のコアレスモーター１００をアクチ
ュエーターとして用いることで、高性能なロボット５００を構成することが可能となる。
【００４９】
以上、本実施例および変形例のコアレスモーターについて説明したが、本発明は上記す
べての実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において
種々の態様で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１００…コアレスモーター、    １１０…空芯巻線、          １１２…単位コイル、
１１４…単位巻回要素、        １１６…単位巻回要素、      １２０…永久磁石、
１２２…回転軸、              ２００…ロボットハンド、    ２０２…指、
５００…ロボット、            ｐ…単位磁極角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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