(57)【要約】【課題】コアレス電気機械装置の効率を良くする。【解決手段】コアレス電気機械装置であって、永久磁石２００と、α巻きされた２相の空芯の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、コイルバックヨーク１１５とを備え、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、２つの有効コイル領域と、２つのコイルエンド領域とを有し、Ｍ相の電磁コイルの有効コイル領域は、同じ形状を有しており、永久磁石とコイルバックヨークとの間の円筒領域に、任意の１の相の電磁コイルの２つの有効コイル領域の間に前記円筒領域の円周方向に沿って環状に配置されており、第１の相を除いた（Ｍ−１）相の電磁コイルのコイルエンド領域は、他の相の電磁コイルのコイルエンド領域とぶつからないように、円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっている。【選択図】図１
2013062999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動可能な円筒形状の第１と第２の部材を有するコアレス電気機械装置であって、
前記第１の部材に配置された永久磁石と、
前記第２の部材に配置され、α巻きされたＭ相（Ｍは２以上の整数）の空芯の電磁コイルと、
前記第２の部材に配置されたコイルバックヨークと、
を備え、
前記電磁コイルは、前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる力を生じさせる２つの有効コイル領域と、２つのコイルエンド領域とを有しており、
前記Ｍ相の電磁コイルの前記有効コイル領域は、同じ形状を有しており、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間の円筒領域に、前記円筒領域の円周方向に沿って環状に配置しており、
Ｍ相のうちの第１の相を除いた（Ｍ−１）相の電磁コイルの前記コイルエンド領域は、他の相の電磁コイルのコイルエンド領域とぶつからないように、前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっている、コアレス電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第１の相の電磁コイルの前記コイルエンド領域は、前記円筒面の内側方向または外側方向に曲がっておらず、前記円筒面に存在する、コアレス電気機械装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコアレス電気機械装置において、
前記Ｍの値が３以上であり、
前記（Ｍ−１）相の電磁コイルは、そのコイルエンド領域が前記円筒面の内側に曲がっている相の電磁コイルと、そのコイルエンド領域が前記円筒面の外側に曲がっている相の電磁コイルとを含んでいる、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、
前記Ｍの値が３以上であり、かつ、前記円筒面の同じ方向に曲げられた電磁コイルが２相以上ある場合には、前記電磁コイルは、相毎に異なる大きさで曲がっている、コアレス電気機械装置。
【請求項５】
請求項１に記載のコアレス電気機械装置において、
前記Ｍの値は２であり、
第１の相の電磁コイルのコイルエンド領域は、前記円筒面の外側に曲がっており、
第２の相の電磁コイルのコイルエンド領域は、前記円筒面の内側に曲がっている、コアレス電気機械装置。
【請求項６】
請求項１〜５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、
前記電磁コイルの２つの有効コイル領域の間隔は、前記電磁コイルの前記有効コイル領域における前記電磁コイルの幅の２（Ｍ−１）倍の大きさであり、
任意の１の相の電磁コイルの２つの有効コイル領域の間に前記１の相以外の（Ｍ−１）相の電磁コイルの２つの有効コイル領域のうち各１つの有効コイル領域が収まるように配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項７】
相対的に移動可能な円筒形状の第１と第２の部材を有するコアレス電気機械装置であって、
前記第１の部材に配置された永久磁石と、
前記第２の部材に配置され、α巻きされたＭ相（Ｍは２以上の整数）の空芯の電磁コイルと、
前記第２の部材に配置されたコイルバックヨークと、
を備え、
前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間の円筒領域に配置され前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる力を生じさせる２つの有効コイル領域と、２つのコイルエンド領域とを有しており、
前記電磁コイルは、２つのコイルエンド領域が前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっている第１のコイル形状を有する第１形状電磁コイルと、２つのコイルエンド領域が前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっておらず前記円筒面に存在する第２のコイル形状を有する第２形状電磁コイルと、を含んでおり、
前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域の間に、２組の前記第２形状電磁コイルの２つの有効コイル領域のうちのそれぞれ１つの有効コイル領域が配置され、前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域の間に、２組の前記第１形状電磁コイルの２つの有効コイル領域のうちのそれぞれ１つの有効コイル領域が配置されるように配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項８】
請求項７に記載のコアレス電気機械装置において、
前記Ｍは偶数であり、
前記電磁コイルは、相毎に、前記第１形状電磁コイル又は前記第２形状電磁コイルのいずれかの形状を有し、
前記第１形状電磁コイル又は第２形状電磁コイルの数は同数である、コアレス電気機械装置。
【請求項９】
請求項７に記載のコアレス電気機械において、
前記Ｍは奇数であり、
各相の電磁コイルは、それぞれ同数の前記第１形状電磁コイルと、前記第２形状電磁コイルを含んでいる、コアレス電気機械装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のコアレス電気機械装置において、
前記Ｍは３であり、
前記円筒面に第１の相、第２の相、第３の相の前記第１形状電磁コイルが順番に環状に配置されるとともに、前記第１の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第２、第３の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置され、前記第２の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第３、第１の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置され、前記第３の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第１、第２の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置されている、コアレス電気機械装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０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、
前記電磁コイルの２つの有効コイル領域の間隔は、前記電磁コイルの前記有効コイル領域における前記電磁コイルの幅の２倍の大きさである、コアレス電気機械装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１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、
前記電磁コイルの前記コイルエンド領域が曲がる前の形状は同一形状であり、前記電磁コイルは同じ電気抵抗値を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２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、
前記電磁コイルを形成している導体の材料が同じ材料であり、
前記導体の直径が同じ太さであり、
前記電磁コイルの前記導体の巻数が同じであり、
前記電磁コイルは同じ電気抵抗値を有している、コアレス電気機械装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレスの電動モーターや発電機などの電気機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ティースにインナーコイルとアウターコイルを巻き、アウターコイルのコイルエンドを外側に折り曲げている電動モーターが知られている（例えば特許文献１）。この電動モーターは、ティースとコイル（電磁コイル）とで電磁石を形成し、電磁石と永久磁石との相互作用で回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４６３４２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、ティースを有しないコアレス電動モーターでは、電磁コイルは電磁石を形成せず、電磁コイルを流れる電流と永久磁石との間のローレンツ力、およびその反作用により回転する。かかるコアレス電動モーターでは、電磁コイルの電気抵抗やインダクタンスがローレンツ力に影響を与える。２相の電磁コイルを有するコアレス電動モーターの場合、各相の電磁コイルの電気抵抗やインダクタンスが同一となるような電磁コイルの配置が難く、コアレス電動モーター（電気機械装置）の効率を良くすることが難しい、という問題があった。
【０００５】
本願発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、電磁コイルによるローレンツ力のバランスをとり、コアレス電気機械装置の効率を良くし、あるいは電磁コイルの占積率を向上させ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］
相対的に移動可能な円筒形状の第１と第２の部材を有するコアレス電気機械装置であって、前記第１の部材に配置された永久磁石と、前記第２の部材に配置され、α巻きされたＭ相の空芯の電磁コイルと、前記第２の部材に配置されたコイルバックヨークと、を備え、前記電磁コイルは、前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる力を生じさせる２つの有効コイル領域と、２つのコイルエンド領域とを有しており、前記Ｍ相の電磁コイルの前記有効コイル領域は、同じ形状を有しており、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間の円筒領域に、前記円筒領域の円周方向に沿って環状に配置されており、Ｍ相のうちの第１の相を除いた（Ｍ−１）相の電磁コイルの前記コイルエンド領域は、他の相の電磁コイルのコイルエンド領域とぶつからないように、前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっている、コアレス電気機械装置。
コイルバックヨークを有するコアレス電気機械装置の場合、電磁コイルのうちのコイルバックヨークと重なる部分が、電磁コイルのインダクタンスの値に大きく寄与する。したがって、この適用例によれば、Ｍ相の電磁コイルの有効コイル領域が同一であり、インダクタンスを実質的に同一にできるので、Ｍ相の電磁コイルによるローレンツ力のバランスを良くしてコアレス電気機械装置の効率を良くすることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載のコアレス電気機械装置において、前記第１の相の電磁コイルの前記コイルエンド領域は、前記円筒面の内側方向または外側方向に曲がっておらず、前記円筒面に存在する、コアレス電気機械装置。
第１の相の電磁コイルのコイルエンド領域が、円筒面の内側方向または外側方向に曲がっておらず、円筒面に存在しても、第１の相のインダクタンスを他の（Ｍ−１）相の電磁コイルのインダクタンスと実質的に同一にできるので、Ｍ相の電磁コイルによるローレンツ力のバランスを良くしてコアレス電気機械装置の効率を良くすることが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２に記載のコアレス電気機械装置において、前記Ｍの値が３以上であり、  前記（Ｍ−１）相の電磁コイルは、そのコイルエンド領域が前記円筒面の内側に曲がっている相の電磁コイルと、そのコイルエンド領域が前記円筒面の外側に曲がっている相の電磁コイルとを含んでいる、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、そのコイルエンド領域が前記円筒面の内側に曲がっている相の電磁コイルのインダクタンスと、そのコイルエンド領域が前記円筒面の外側に曲がっている相の電磁コイルのインダクタンスの差は小さいので、インダクタンスのバラツキを小さく抑えることが出来る。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれか１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Ｍの値が３以上であり、かつ、前記円筒面の同じ方向に曲げられた電磁コイルが２相以上ある場合には、前記電磁コイルは、相毎に異なる大きさで曲がっている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルがぶつかることを抑制できる。
【００１１】
［適用例５］
適用例１に記載のコアレス電気機械装置において、前記Ｍの値は２であり、第１の相の電磁コイルのコイルエンド領域は、前記円筒面の外側に曲がっており、第２の相の電磁コイルのコイルエンド領域は、前記円筒面の内側に曲がっている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、２つの相の電磁コイルのインダクタンスのバラツキを抑えると共に、電磁コイル部分の厚さを抑えて、コアレス電気機械装置を小型化することができる。
【００１２】
［適用例６］
適用例１〜５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、前記電磁コイルの２つの有効コイル領域の間隔は、前記電磁コイルの前記有効コイル領域における前記電磁コイルの幅の２（Ｍ−１）倍の大きさであり、任意の１の相の電磁コイルの２つの有効コイル領域の間に前記１の相以外の（Ｍ−１）相の電磁コイルの２つの有効コイル領域のうち各１つの有効コイル領域が収まるように配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルの占積率を向上させることが可能となる。
【００１３】
［適用例７］
相対的に移動可能な円筒形状の第１と第２の部材を有するコアレス電気機械装置であって、前記第１の部材に配置された永久磁石と、前記第２の部材に配置され、α巻きされたＭ相（Ｍは２以上の整数）の空芯の電磁コイルと、前記第２の部材に配置されたコイルバックヨークと、を備え、前記電磁コイルは、前記永久磁石と前記コイルバックヨークとの間の円筒領域に配置され前記第１の部材を前記第２の部材に対して相対的に移動させる力を生じさせる２つの有効コイル領域と、２つのコイルエンド領域とを有しており、前記電磁コイルは、２つのコイルエンド領域が前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっている第１のコイル形状を有する第１形状電磁コイルと、２つのコイルエンド領域が前記円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に曲がっておらず前記円筒面に存在する第２のコイル形状を有する第２形状電磁コイルと、を含んでおり、前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域の間に、２組の前記第２形状電磁コイルの２つの有効コイル領域のうちのそれぞれ１つの有効コイル領域が配置され、前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域の間に、２組の前記第１形状電磁コイルの２つの有効コイル領域のうちのそれぞれ１つの有効コイル領域が配置されるように配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルは２つの形状（第１形状電磁コイルと第２形状電磁コイル）の電磁コイルで構成でき、電磁コイルの各形状において電磁コイルの電気的特性（電気抵抗、インダクタンス）を同じにできるため、電磁コイルによるローレンツ力のバランスをとり、コアレス電気機械装置の効率を良くすることができる。また、電磁コイルのコイルエンド領域において、最大２層の厚さで済むので、コアレス電気機械装置を小型化することができる。
【００１４】
［適用例８］
適用例７に記載のコアレス電気機械装置において、前記Ｍは偶数であり、前記電磁コイルは、相毎に、前記第１形状電磁コイル又は前記第２形状電磁コイルのいずれかの形状を有し、前記第１形状電磁コイル又は第２形状電磁コイルの数は同数である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルは相互ごとに第１形状電磁コイル又は第２形状電磁コイルのいずれかの形状を有し、第１形状電磁コイル又は第２形状電磁コイルの数は同数であるので、電磁コイルによるローレンツ力のバランスをとり、コアレス電気機械装置の効率を良くすることができる。また、電磁コイルのコイルエンド領域において、最大２層の厚さで済むので、コアレス電気機械装置を小型化することができる。
【００１５】
［適用例９］
適用例７に記載のコアレス電気機械において、前記Ｍは奇数であり、各相の電磁コイルは、それぞれ同数の前記第１形状電磁コイルと、前記第２形状電磁コイルを含んでいる、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、相毎に、第１形状電磁コイル又は第２形状電磁コイルの数は同数であるので、電磁コイルによるローレンツ力のバランスをとり、コアレス電気機械装置の効率を良くすることができる。また、電磁コイルのコイルエンド領域において、最大２層の厚さで済むので、コアレス電気機械装置を小型化することができる。
【００１６】
［適用例１０］
適用例９に記載のコアレス電気機械装置において、  前記Ｍは３であり、前記円筒面に第１の相、第２の相、第３の相の前記第１形状電磁コイルが順番に環状に配置されるとともに、前記第１の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第２、第３の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置され、前記第２の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第３、第１の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置され、前記第３の相の前記第２形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域が前記第１、第２の相の前記第１形状電磁コイルの前記２つの有効コイル領域のそれぞれ１つを挟むように配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、３つの相の電磁コイルは２つの全く同形の電磁コイルで構成でき、各相の電磁コイル電気的特性（電気抵抗、インダクタンス）を同じにできるため、電磁コイルによるローレンツ力のバランスをとり、コアレス電気機械装置の効率を良くすることができる。また、電磁コイルのコイルエンド領域において、最大２層の厚さで済むので、コアレス電気機械装置を小型化することができる。
【００１７】
［適用例１１］
適用例７〜１０のいずれか１つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記電磁コイルの２つの有効コイル領域の間隔は、前記電磁コイルの前記有効コイル領域における前記電磁コイルの幅の２倍の大きさである、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルの占積率を向上させることが可能となる。
【００１８】
［適用例１２］
適用例１〜１１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、前記電磁コイルの前記コイルエンド領域が曲がる前の形状は同一形状であり、前記電磁コイルは同じ電気抵抗値を有している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、電磁コイルは、コイルエンド領域が曲げられていない平らな状態では同一形状、すなわち、同一の電気抵抗、同一のインダクタンスであり、その電磁コイルにつき、インダクタンスの値に影響を与えにくいコイルエンドの部分を曲げて形成されているので、曲がった後の電磁コイルの電気抵抗、インダクタンスは実質的に同一である。その結果、電磁コイルによるローレンツ力にバランスを良くしてコアレス電気機械装置の効率を良くすることが可能となる。
【００１９】
［適用例１３］
適用例１〜１２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、前記電磁コイルを形成している導体の材料が同じ材料であり、前記導体の直径が同じ太さであり、前記電磁コイルの前記導体の巻数が同じであり、前記電磁コイルは同じ電気抵抗値を有している、コアレス電気機械装置。
【００２０】
［適用例１４］
適用例１〜１３のいずれか一つに記載のコアレス電気機械装置を備える移動体。
【００２１】
［適用例１５］
適用例１〜１３のいずれか一つに記載のコアレス電気機械装置を備えるロボット。
【００２２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、モーターや発電装置などのコアレス電気機械装置のほか、それを用いた移動体、ロボット等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施例を示す説明図である。
【図２】電磁コイルのコイルエンド領域近傍を拡大して示す説明図である。
【図３】電磁コイル１００Ａと１００Ｂのコイル形状の相違を拡大して示す説明図である。
【図４Ａ】電磁コイルの形成工程を示す説明図（その１）である。
【図４Ｂ】電磁コイルの形成工程を示す説明図（その２）である。
【図４Ｃ】電磁コイルの形成工程を示す説明図（その３）である。
【図４Ｄ】電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの重ね合わせ工程を示す説明図である。
【図４Ｅ】電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを重ね合わせた状態を示す説明図である。
【図５】第２の実施例を示す説明図である。
【図６】第２の実施例の電磁コイル１００Ａと１００Ｂの形状の相違を拡大して示す説明図である。
【図７】第３の実施例を示す説明図である。
【図８Ａ】第３の実施例の１００Ａと１００Ｂの形状の相違を拡大して示す説明図である。
【図８Ｂ】第４の実施例を示す説明図である。
【図８Ｃ】第４の実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０に垂直な面で切ったときの断面から見た図を模式的に示す説明図である。
【図８Ｄ】第５の実施例を示す説明図である。
【図８Ｅ】第５の実施例を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を示す説明図である。
【図８Ｆ】第６の実施例を示す説明図である。
【図９】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１０】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１１】本発明の変形例によるモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。
【図１２】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】
【００２４】
［第１の実施例］
図１は、第１の実施例を示す説明図である。図１（Ａ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図１（Ｂ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線１Ｂ−１Ｂで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。電動モーター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の内周に沿って配置されたコイルバックヨーク１１５と、コイルバックヨーク１１５の内側に配列された複数の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、を有している。本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを区別しない場合には、単に電磁コイル１００と呼ぶ。コイルバックヨーク１１５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１００Ａと、１００Ｂとは、樹脂１３０によりモールドされて、同一の円筒面に配置されている。電磁コイル１００Ａと、１００Ｂの回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さよりも長くなっている。すなわち、図１（Ａ）において、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの左右方向の端部は、コイルバックヨーク１１５と重ならない。本実施例では、コイルバックヨーク１１５と重なっている領域を有効コイル領域と呼び、コイルバックヨーク１１５と重ならない領域をコイルエンド領域と呼ぶ。本実施例では、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域とコイルエンド領域、および、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域は、同一の円筒面にあるが、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、当該円筒面から外側に曲がっている。
【００２５】
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として、例えばホール素子を有するホールセンサーを用いることができる。磁気センサー３００は、略正弦波のセンサー信号を生成する。このセンサー信号は、電磁コイル１００を駆動するための駆動信号を生成するために用いられる。したがって、磁気センサー３００は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに対応して２つ設けられていることが好ましい。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。
【００２６】
ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、その外周に複数の永久磁石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。なお、図１（Ｂ）において永久磁石２００に付したＮ、Ｓの文字は、永久磁石２００の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ側の極性を示している。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。ここで、永久磁石２００の回転軸２３０に沿った方向の長さは、コイルバックヨーク１１５の回転軸２３０に沿った方向の長さと同じ長さである。すなわち、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５にはさまれた領域と、電磁コイル１００Ａまたは１００Ｂとが重なる領域が有効コイル領域となる。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０を備えている。この波バネ座金２６０は、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、波バネ座金２６０は別の構成部品で置き換えることも可能である。
【００２７】
図２は、電磁コイルのコイルエンド領域近傍を拡大して示す説明図である。図２（Ａ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図２（Ｂ）は、回転軸２３０と垂直な切断線２Ｂ−２Ｂで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を、図２（Ｃ）は、回転軸２３０と垂直な切断線２Ｃ−２Ｃで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を、図２（Ｄ）は、回転軸２３０と垂直な切断線２Ｄ−２Ｄで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。図２（Ａ）、図２（Ｄ）には、コイルガイド２７０を記載している。ここで、切断線２Ｂ−２Ｂと、切断線２Ｃ−２Ｃは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのコイルエンド領域を切る切断線であり、切断線２Ｄ−２Ｄは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域を切る切断線である。コイルガイド２７０は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを配置する際に、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの位置決めを容易に行うために用いられる。
【００２８】
図２（Ｂ）示す断面では、電磁コイル１００Ａを形成する導線および電磁コイル１００Ｂを形成する導線いずれも、円筒面の円周に沿った方向となっている。また、この断面では、電磁コイル１００Ａが円筒面の外側方向に曲げられているので、電磁コイル１００Ａが外側の円周上にあり、電磁コイル１００Ｂが内側の円周上にある。電磁コイル１００Ａが円筒面の外側方向に曲げられているのは、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとがぶつかって設置できなくなるのを防止するためである。図２（Ｃ）示す断面では、電磁コイル１００Ａを形成する導線の配線方向が円筒面の円周に沿った方向となっているが、電磁コイル１００Ｂを形成する導線の配線方向は、図の表裏方向であり、回転軸２３０と平行な方向となっている。図２（Ｄ）に示す断面では、電磁コイル１００Ａを形成する導線及び電磁コイル１００Ｂを形成する導線の配線方向は、いずれも図の表裏方向であり、回転軸２３０と平行な方向となっている。
【００２９】
図３は、電磁コイル１００Ａと１００Ｂのコイル形状の相違を拡大して示す説明図である。電磁コイル１００Ａは、コイルバックヨーク１１５と重ならなくなったところＰ１から、外側に折れ曲がっている。この折れ曲がったところＰ１から、電磁コイル１００Ａの端Ｐ２までの長さは、（Ｌ１＋φ１）である。ここで。φ１は、電磁コイル１００Ａを形成する導体の集合の円筒面に沿った方向の太さである。また、電磁コイル１００Ｂについて、コイル１００Ａが折れ曲がったところＰ１から、電磁コイル１００Ｂの端Ｐ３までの長さは、（Ｌ１＋φ１）である。すなわち、折り曲げ前の電磁コイル１００Ａと１００Ｂとはローターの回転軸方向の長さが同じであり、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と、電磁コイル１００Ｂの電気抵抗は、同じ値である。
【００３０】
図４Ａは、電磁コイルの形成工程を示す説明図（その１）である。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒面からコイルエンド領域を外周側あるいは内周側に曲げる前までは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを同じ工程で形成することができる。そこで、ここでは電磁コイル１００Ａを例にとって説明する。まず、図４Ａ（Ａ）に示す工程では、電磁コイル用配線１０５を準備し、α巻きとなるように電磁コイル用配線１０５のほぼ真ん中から両端側をそれぞれ外側方向へ巻いていって一本の電磁コイル用配線１０５から２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂを形成する。２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂの内周は、接続部１００Ａｃによりたがいに接続されている。ここで、コイル部分１００Ａａ、１００Ａｂを重ねたときに、接続部１００Ａｃをコイル部分１００Ａａの内周に沿って配線できるような長さとなるように、２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂを巻き始めることが好ましい。なお。接続部１００Ａｃの具体的な長さは、２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂにおける接続部１００Ａｃの引き出し位置により異なる。例えば、図４Ａ（Ａ）に示す例では、コイル部分１００Ａａあるいはコイル部分１００Ａｂの内周の長さの整数倍の長さであることが好ましい。
【００３１】
次に、図４Ａ（Ｂ）に示す工程では、２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂを対面で重ね合わせて電磁コイル１００Ａを形成する。このとき、接続部１００Ａｃが余るので、接続部１００Ａｃをコイル部分１００Ａａの内周に沿うように配線する。上述のように、接続部１００Ａｃの長さがコイル部分１００Ａａあるいはコイル部分１００Ａｂの内周の長さの整数倍の長さであると、接続部１００Ａｃをコイル部分１００Ａａの内周に沿って過不足無く配線することができる。次に、図４Ａ（Ｃ）に示す工程では、電磁コイル１００Ａを円筒領域に沿うように曲げる。本実施例では、電磁コイル用配線１０５を用いて２つのコイル部分１００Ａａ、１００Ａｂを形成し、次いで、２つのコイル部分１００Ａａと１００Ａｂを対面で重ね合わせてα巻きされた電磁コイル１００Ａを形成している。このように形成すれば、電磁コイル１００Ａから外部に引き出される電磁コイル用配線１０５は、電磁コイル１００Ａの外周から引き出される。従って、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域やコイルエンド領域が引き出される電磁コイル用配線１０５、と交わることがないので、電磁コイル用配線１０５に生じる磁束の影響を受けにくくすることができる。電磁コイル１００Ｂについても同様に形成することができる。なお、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂの形成に用いられる電磁コイル用配線１０５として、線の材料、径、比抵抗が同じ値のものを用いることが好ましい。電磁コイル１００Ａの電気抵抗と電磁コイル１００Ｂの電気抵抗を同じ値にすることが出来る。
【００３２】
図４Ｂは、電磁コイルの形成工程を示す説明図（その２）である。図４Ｂ（Ａ）は、電磁コイル１００Ａを示し、図４Ｂ（Ｂ）は電磁コイル１００Ｂを示している。図４Ｂ（Ａ）の左下の図面は、左上の図面のＡ−Ａ切断線で切った断面を見た図であり、図４Ｂ（Ａ）の右の図面は、左上の図面のＢ−Ｂ切断線で切った断面を見た図である。図４Ｂ（Ｂ）の右下の図面は、右上の図面のＣ−Ｃ切断線で切った断面を見た図であり、図４Ｂ（Ｂ）の左の図面は、右上の図面のＤ−Ｄ切断線で切った断面を見た図である。ここに示す工程では、電磁コイル１００Ａについては、図４Ｂ（Ａ）に示すようにコイルエンド領域１００ＡＣＥを、円筒領域を含む円筒面（以下「円筒領域」とも呼ぶ。）の外周側に曲げ、電磁コイル１００Ｂについては、図４Ｂ（Ｂ）に示すようにコイルエンド領域１００ＢＣＥを曲げていない。なお、電磁コイル１００Ａの図４Ｂ（Ａ）に示す工程は、図４Ａ（Ｃ）に示す工程と同時に行うことが好ましい。すなわち、電磁コイル１００Ａを円筒領域に沿うように曲げると共に、コイルエンド領域１００ＡＣＥを円筒領域の外周側に曲げる。なお、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域１００ＢＣＥは外周側または内周側に曲がっていないので、図４Ａ（Ｃ）に示す工程を実行した後は、図４Ｂ（Ｂ）に示す形状となる。
【００３３】
図４Ｂ（Ａ）に示すように、電磁コイル１００Ａについては、全体が平面形状から円筒面に沿って曲げられているとともに、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は円筒面から外側方向に曲げられている。一方、図４Ｂ（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ｂについては、全体が平面形状から円筒面に沿って曲げられているが、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は円筒面から外側方向に曲げられていない。なお、形状を変えても電気抵抗は変わらないので、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と電磁コイル１００Ｂの電気抵抗は同じ値である。一方、電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとは、有効コイル領域の形状は同じ形状であるが、コイルエンド領域の形状が異なる。すなわち、インダクタンスのうち、有効コイル領域に起因するインダクタンスは同じであるが、コイルエンド領域に起因するインダクタンスは、異なる。すなわち、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスとは、若干異なることになる。一般的には、コイルエンド領域を曲げると、電磁コイル１００Ａの磁束方向の面積ｓが若干小さくなるので、インダクタンスは若干小さくなる。たとえば、コイルのインダクタンスＬは、以下の式で示される。
【数１】
2013062999.tif 000003
ここで、ｋは長岡係数であり、μは透磁率、ｎは電磁コイルの巻数、ｓは電磁コイルの断面積、ｌは電磁コイルの長さである。
【００３４】
図４Ｃは、電磁コイルの形成工程を示す説明図（その３）である。図４Ｃに示す工程では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの表面に絶縁膜１０１を形成する。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを形成する電磁コイル用配線１０５（図４Ａ参照）は、絶縁被覆（図示せず）を有している。図４Ａ（Ｃ）あるいは、図４Ｂ（Ａ）に示す工程では、加熱しながら圧縮するので、絶縁皮膜が細り、電磁コイル１００Ａあるいは１００Ｂの耐圧が低くなる。そのため、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの表面に絶縁膜１０１を形成することにより、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの耐圧を向上させる。なお、電磁コイル１００Ａあるいは１００Ｂの導体（配線）の電気抵抗は極めて小さいため、１ターン毎の電圧降下は極めて小さい。したがって、ターン毎の配線の電圧は、ほぼ同じ電圧であり、各ターンを形成する配線間の耐圧が低くなっても、電流リークによる問題が生じにくい。したがって、電磁コイル用配線１０５の被覆を薄くして占積率を向上させることが好ましく、さらに、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの表面に絶縁膜１０１を設けることにより、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの表面の耐圧を向上させることが好ましい。
【００３５】
図４Ｄは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの重ね合わせ工程を示す説明図である。図４Ｄ（Ａ）は、回転軸２３０（図１）に沿った方向から見た図を模式的に示している。図４Ｄ（Ｂ）は、回転軸２３０の放射方向外側から見た図を模式的に示している。なお、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとは重なるが、図４Ｄ（Ｂ）では見やすくするために、重ねずに表示している。この工程では、電磁コイル１００Ｂの２つの有効コイル領域の間の２つの電磁コイル１００Ａの各１つの有効コイル領域が入るように、電磁コイル１００Ａを放射方向外側から重ねるように配置する。コイルガイド２７０（図２（Ａ））を用いて電磁コイル１００Ｂ、１００Ａの位置合わせを行うことが好ましい。
【００３６】
図４Ｅは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを重ね合わせた状態を示す説明図である。図４Ｅ（Ａ）はコイルバックヨーク側から見た平面図であり、図４Ｅ（Ｂ）は模式的に示した斜視図である。なお、図４Ｅ（Ａ）では、コイルバックヨーク１１５を記載し、図４Ｅ（Ｂ）では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの形状を見やすくするために、コイルバックヨーク１１５を省略し、電磁コイル１００Ａを１つと電磁コイル１００Ｂを２つのみ図示している。なお、実際の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは円筒の側面に沿って配置されているため、コイルエンド領域は、曲面になるが、図４Ｅ（Ｂ）では模式的に平面として表している。図４Ｅ（Ａ）、図４Ｅ（Ｂ）に示すように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の２つの導体の束の間に、２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の導体の束が収まっている。ここで、電磁コイル１００は、導体を複数ターン（例えばＭ巻）巻くことにより形成されており、導体の束は、Ｍ本の導体を束ねたものを意味している。また、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域の２つの導体の束の間に、２つの電磁コイル１００Ａの有効コイル領域の導体の束が収まり（図４Ｅ（Ａ）参照、なお、図４Ｅ（Ｂ）では１つの電磁コイル１００Ａのみ記載）、電磁コイル１００Ａと１００Ｂは、干渉しない。また、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、円筒領域からコイルバックヨーク１１５側（円筒領域の外周側）に曲げられており、円筒領域から曲げられていない電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域と干渉しない。このように、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域と電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域とを同じ円筒領域上、一方の電磁コイルの２つの導体の束に間に他の２つの電磁コイルの導体に束を配置するとともに、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域を外周側に曲げ、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域を曲げないことにより、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとを、互いにぶつからないように円筒領域に配置することができる。また、本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの導体の束の太さφ１（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の太さ）と、有効コイル領域におけるコイル束の間隔（電磁コイル１００Ａの有効コイル領域が配置される円筒領域に沿った方向の間隔）Ｌ２との間にはＬ２≒２×φ１の関係を有している。すなわち、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが配置される円筒領域は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの導体の束によりほぼ占められているので、電磁コイルの占積率を向上させ、コアレスモーター１０（図１）の効率を向上させることができる。
【００３７】
次に、電磁コイル１００Ａと１００Ｂの、電気抵抗とインダクタンスに起因する効果について説明する。図４Ｂで説明したように、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と電磁コイル１００Ｂの電気抵抗は、同じ値である。コイルバックヨーク１１５がないときのインダクタンスについては、図４Ｂで説明したように、有効コイル領域に起因するインダクタンスは同じであるが、コイルエンド領域に起因するインダクタンスは、異なっており、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスとは、若干異なっている。しかし、本実施例にように、コイルバックヨーク１１５と電磁コイル１００Ａとが重なった状態では、電磁コイル１００Ａのインダクタンスは、コイルバックヨーク１１５と電磁コイル１００Ａとが重なった部分、すなわち有効コイル領域のインダクタンスが支配的となる。電磁コイル１００Ｂについても同様である。ここで、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域と、電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域は、同じ形状であるので、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスとは、ほぼ同じ値となる。したがって、電磁コイル１００Ａと永久磁石２００との間のローレンツ力と、電磁コイル１００Ｂと永久磁石２００との間のローレンツ力とは同じ大きさとなるので、両者のバランスが取れる結果、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００３８】
以上、本実施例の電動モーター１０は、永久磁石２００と、２相のコアレス（空芯）の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、コイルバックヨーク１１５とを備えている。各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂはそれぞれ、有効コイル領域と、コイルエンド領域とを有している。そして、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域は、同じ形状を有している。各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域は、永久磁石２００とコイルバックヨーク１１５との間の円筒面に配置されている。電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、円筒面の外側方向に曲げられている。さらに、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは同じ電気抵抗値を有している。また、コイルバックヨーク１１５は、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域を覆い、コイルエンド領域を覆っていないことから、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのインダクタンスは実質的に同じ値である。したがって、電磁コイル１００Ａと永久磁石２００との間のローレンツ力と、電磁コイル１００Ｂと永久磁石２００との間のローレンツ力とは同じ大きさとなるので、両者のバランスが取れる結果、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００３９】
さらに、図４Ａ〜図４Ｃで説明したように、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、平面上で同一形状である電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを円筒面に沿って曲げ、Ａ相の電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域を、円筒面の外側方向に曲げることにより形成されているので、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは同じ電気抵抗値にすることが容易である。
【００４０】
また、各相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが有する２つの有効コイル領域のコイルを形成する導体の束の間の間隔Ｌ２は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域における導体のコイルの束の太さφ１の２倍の大きさであるので、二相コイルを互いの間に効率よく配置することで電磁コイルの占積率を大きくでき、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００４１】
［第２の実施例］
図５は、第２の実施例を示す説明図である。図５（Ａ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図５（Ｂ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線５Ｂ−５Ｂで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。第１の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域が、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒面の外側方向に曲げられているが、第２の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域が、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域が配置される円筒面の内側方向に曲げられている点が異なる。また、第２の実施例では、磁気センサー３００を備えていない代わりに、エンコーダー３２０を備えている。磁気センサー３００を備えないのは、以下の理由による。すなわち、第２の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域が円筒面の内側方向に曲げられているので、第１の実施例と同様に磁気センサー３００を配置すると、磁気センサー３００と、永久磁石２００との間に電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域が位置することになる。すなわち、磁気センサー３００と電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域とが、接近することになる。その結果、電磁コイル１００Ａに流れる電流により生じる磁束により、磁気センサー３００が受ける磁束密度が影響を受ける恐れがある。なお、本実施例では、磁気センサー３００を備えていない代わりに、永久磁石２００の機械角を検知するためのエンコーダー３２０を備えている。
【００４２】
図６は、第２の実施例の電磁コイル１００Ａと１００Ｂの形状の相違を拡大して示す説明図である。電磁コイル１００Ａは、点Ｐ４から円筒面の内側方向に曲げられて、点Ｐ５まで伸びている。電磁コイル１００Ｂは、点Ｐ４で曲げられずに、円筒面にそって点Ｐ６まで伸びている。電磁コイル１００Ａにおける点Ｐ４から点Ｐ５までの長さＬ３と、電磁コイル１００Ｂにおける点Ｐ４から点Ｐ６までの長さＬ３は同じ長さである。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの点Ｐ４より、点Ｐ５及び点Ｐ６までの形状は、それぞれ同形である。したがって、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの電気抵抗の値は同じである。また、点Ｐ４は、コイルバックヨーク１１５と重なっていない。すなわち、電磁コイル１００Ａの曲げられていない部分は、有効コイル領域であり、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域と電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域は、同形である。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域は、コイルバックヨーク１１５と重なっており、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスは、いずれも有効コイル領域におけるインダクタンスが支配的となるため、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのインダクタンスは実質的に同じ値である。
【００４３】
したがって、第２の実施例においても、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と、電磁コイル１００Ｂの電気抵抗の値を同じ値とし、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと、電磁コイル１００Ｂのインダクタンスの値を実質的に同じ値にすることができる。その結果、電磁コイル１００Ａと永久磁石２００との間のローレンツ力と、電磁コイル１００Ｂと永久磁石２００との間のローレンツ力とを同じ大きさとすることができるので、両者のバランスが取れる結果、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００４４】
[第３の実施例]
図７は、第３の実施例を示す説明図である。図７（Ａ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示し、図７（Ｂ）は、電動モーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線７Ｂ−７Ｂで切ったときの断面を断面と垂直な方向から見たときの図を模式的に示している。第１、第２の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域を円筒面の外側方向または内側方向に曲げ、電磁コイル１００Ｂについては、コイルエンド領域を円筒面の外側方向または内側方向に曲げていない。これに対し、第３の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域を円筒面の外側方向に曲げ、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域を円筒面の内側方向に曲げている点が異なる。
【００４５】
図８Ａは、第３の実施例の１００Ａと１００Ｂの形状の相違を拡大して示す説明図である。電磁コイル１００Ａは、点Ｐ７から円筒面の外側方向に曲げられて、点Ｐ８まで伸びている。電磁コイル１００Ｂは、点Ｐ７から円筒面の内側方向に曲げられて、点Ｐ９まで伸びている。電磁コイル１００Ａにおける点Ｐ７から点Ｐ８までの長さＬ４と、電磁コイル１００Ｂにおける点Ｐ７から点Ｐ９までに長さＬ４は同じ長さである。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの点Ｐ７より図面左方向は、同形である。したがって、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの電気抵抗の値は同じである。
【００４６】
電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの厚さをＬ５とすると、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、外側方向にＬ５／２曲げられており、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、内側方向にＬ５／２曲げられている。なお、第１の実施例では、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、外側方向にＬ５曲げられることになる。すなわち、第３の実施例における電磁コイル１００Ａの変形量は、第１の実施例における電磁コイル１００Ａの変形量の半分である。したがって、第３の実施例の電磁コイル１００Ａのインダクタンスの値は、第１の実施例の電磁コイル１００Ａのインダクタンスの値よりも、円筒形に変形させた図４Ｂに示すような電磁コイル１００Ｂのインダクタンスの値に近い。また、電磁コイル１００Ｂについても、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域が、内側方向にＬ５／２曲げられているので、第３の実施例の電磁コイル１００Ａのインダクタンスの値は、円筒形に変形させた図４Ｂに示すような電磁コイル１００Ｂのインダクタンスの値よりも、第１の実施例の電磁コイル１００Ａのインダクタンスの値に近づいている。したがって、第１の実施例に比べて、第３の実施例の方が、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスの値の差が小さい。
【００４７】
したがって、第３の実施例においても、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と、電磁コイル１００Ｂの電気抵抗の値を同じ値とし、電磁コイル１００Ａのインダクタンスと電磁コイル１００Ｂのインダクタンスの値を実質的に同じ値にすることができる。その結果、電磁コイル１００Ａと永久磁石２００との間のローレンツ力と、電磁コイル１００Ｂと永久磁石２００との間のローレンツ力とを同じ大きさとすることができるので、両者のバランスが取れる結果、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００４８】
なお、第３の実施例では、磁気センサー３００を備える構成であるが、電磁コイル１００Ａが円筒面の内側方向に曲げられているため、第２の実施例と同様に、磁気センサー３００を備えずに、エンコーダー３２０を備える構成であってもよい。
【００４９】
［第４の実施例］
図８Ｂは、第４の実施例を示す説明図である。第１〜第３の実施例は、電磁コイルが電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの２相であるが、第４の実施例は、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃの３相の電磁コイルを備える。なお、本実施例では、電磁コイルの符号として１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを用いたが、３相の電磁コイルがスター結線やデルタ結線される場合には、相として、ｕ相、ｖ相、ｗ相の名前が使われる場合もあるので、電磁コイルの符号として１００ｕ、１００ｖ、１００ｗの符号を用いてもよい。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのコイルエンド領域は外周側に曲げられており、曲げの大きさは電磁コイル１００Ａの方が大きく曲げられている。電磁コイル１００Ｃのコイルエンド領域は曲げられていない。
【００５０】
図８Ｃは、第４の実施例のコアレスモーター１０を回転軸２３０に垂直な面で切ったときの断面から見た図を模式的に示す説明図である。ここでは、図８Ｃにおいて、円弧は、電磁コイルのコイルエンド領域を模式的に示しており、円弧が大きいほどコイルエンド領域がよりコイルバックヨーク２１５側に曲げられていることを示している。したがって、Ａ相の電磁コイル１００Ａは、最も外側（コイルバックヨーク２１５側）に曲げられており、次いでＢ相の電磁コイル１００Ｂが外側（コイルバックヨーク２１５側）に曲げられている。なお、Ｃ相の電磁コイル１００Ｃについては、図８Ｂに示すように曲げられていないが、図８Ｃでは、図示したとき電磁コイルのハッチングと重なり見難くなるのを避けるため、コイルバックヨーク２１５の外側に円弧を図示している。
【００５１】
このように電磁コイルが３相であっても、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃの有効コイル領域を同一の円筒領域に配置できるため、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃの電気抵抗値を同じ値とし、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃのインダクタンスの値を実質的に同じ値にすることができる。その結果、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃと永久磁石２００との間のローレンツ力をと、電磁コイル１００Ｂと永久磁石２００との間のローレンツ力とを同じ大きさとすることができるので、両者のバランスが取れる結果、電動モーター１０の効率を向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを円筒領域の外側に曲げ、電磁コイル１００Ｃを曲げていない構成を採用しているが、電磁コイル１００Ａを円筒領域の外側に曲げ、電磁コイル１００Ｂを曲げず、電磁コイル１００Ｃを円筒領域の内側に曲げる構成や、電磁コイル１００Ａを曲げず、電磁コイル１００Ｂ、１００Ｃを円筒領域の内側に曲げる構成を採用しても良い。なお、一般にM相の場合、（Ｍ−１）相の電磁コイルのコイルエンド領域は、他の相の電磁コイルのコイルエンド領域とぶつからないように、円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向に相毎に異なる大きさで曲がっていればよき、残る１相は、円筒領域を含む円筒面に有っても良く、他の相の電磁コイルのコイルエンド領域とぶつからないように、円筒領域を含む円筒面の内側方向または外側方向にまがっていてもよい。
【００５３】
なお、コイルエンド領域を曲がる方向を内側方向または外側方向のいずれか一方に偏らせると、他の相のコイルエンド領域が曲がっている量よりも大きくコイルエンド領域が曲がっている相が生じる。この大きくコイルエンド領域が曲がっている相の電磁コイルのインダクタンスとコイルエンド領域が曲がっていない相の電磁コイルのインダクタンスの差は、コイルエンド領域が小さく曲がっている相の電磁コイルのインダクタンスとコイルエンド領域が曲がっていない相の電磁コイルのインダクタンスの差よりも大きい。したがって、その結果、コイルエンド領域を曲がる方向を内側方向または外側方向のいずれか一方に偏っていない方が、各相の電磁コイルのインダクタンスのバラツキが小さくなり、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。
【００５４】
［第５の実施例］
図８Ｄは、第５の実施例を示す説明図である。第５の実施例は、第４の実施例と同様に３相の電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃを備えている。図８Ｄにおいても、図８Ｃと同様に、円弧は、コイルエンド領域を示している。第４の実施例では、Ａ相の電磁コイル１００Ａコイルエンド領域は、最も外側に曲げられており、次いでＢ相の電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域が外側（コイルバックヨーク２１５側）に曲げられており、Ｃ相の電磁コイル１００Ｃのコイルエンド領域については、曲げられていない。これに対し、第５の実施例では、Ａ相〜Ｃ相の電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃはそれぞれ４個あり、各相において２個の電磁コイルにつき、外側の円弧が示すようにコイルエンド領域が外側に曲げられ、残る各２個の電磁コイルは、内側の円弧が示すようにコイルエンド領域が曲げられていない。そして、各相において、磁気センサー側コイルエンド領域が外側に曲げられた電磁コイルと、磁気センサー側コイルエンド領域が曲げられていない電磁コイルは、同数であり、交互に配置されている。
【００５５】
図８Ｅは、第５の実施例を回転軸２３０と平行な面で切ったときの断面を示す説明図である。図８Ｅ（Ａ）〜（Ｆ）は、回転軸２３０と平行な平面を３０°ずつ、ずらしてその平面で切ったときの電磁コイルの断面を示している。ここで、図８Ｅ（Ａ）〜（Ｆ）において、図面上側が外側である。電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、図８Ｅ（Ｆ）（Ａ）では、外側（図面上方）に曲げられており、一方、図８Ｅ（Ｃ）、（Ｄ）では、曲げられていない。同様に、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域は、図８ＥＤ（Ｄ）（Ｅ）では、外側に曲げられており、一方、図８Ｅ（Ａ）、（Ｂ）では、曲げられていない。また、電磁コイル１００Ｃのコイルエンド領域は、図８Ｅ（Ｂ）（Ｃ）では、外側に曲げられており、一方、図８Ｅ（Ｅ）、（Ｆ）では、曲げられていない。ここで、コイルエンド領域が外側に曲げられた電磁コイルを「第１の電磁コイル」または「第１形状電磁コイル」と呼び、コイルエンド領域が内外側に曲げられていない電磁コイルを「第２の電磁コイル」または「第２形状電磁コイル」と呼ぶ。本実施例では、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃのいずれにおいてもそれぞれ同数の第１と第２の電磁コイルを含んでいる。
【００５６】
第４の実施例では、Ａ相電磁コイル１００Ａは、コイルエンド領域がコイルバックヨーク側に大きく曲げられ、Ｂ相電磁コイル１００Ｂは、コイルエンド領域がコイルバックヨーク側に曲げられ、Ｃ相電磁コイル１００Ｃは、コイルエンド領域が曲げられていない。すなわち、Ａ相〜Ｃ相は、コイルエンド領域の形状が異なる。電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃの電気的特性は主として有効コイル領域で決まるので、インダクタンスなどの電気的特性はほぼ同じであるが、厳密に言えば、コイルエンド領域の形状の違いにより微妙に異なる。これに対し、第５の実施例では、Ａ相からＣ相の各電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃにつき、それぞれ、コイルエンド領域が外側に曲げられた第１の電磁コイルと、コイルエンド領域が曲げられていない第２の電磁コイルをそれぞれ２つずつ有しており、Ａ相からＣ相の第１の電磁コイルの電気的特性は同一である。また、Ａ相からＣ相の第２の電磁コイルの電気的特性は同一である。したがって、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の電磁コイルの電気的特性は同一である。よって第５の実施例のコアレスモーターは、相間のアンバランスによるトルクの変動が起こり難く、バランスがいいので、効率を向上させることができる。
【００５７】
第４、第５の実施例を比較すると、第５の実施例は、さらに、以下の点に特徴がある。すなわち、第４の実施例では、図８Ｃに示す円弧が三重になる部分がある。このことは、例えば、第４の実施例では、図８Ｂに示すように、コイルエンド領域が三重に重なる部分が生じることを意味する。これに対し、第５の実施例では、図８Ｄに示すように、円弧は、最大でも二重にしかならない。すなわち、第５の実施例では、３相であっても図１に示す第１の実施例と同様に、コイルエンド領域の重なりは最大でも二重で済むことになる。よって、コアレスモーター１０の大きさを小さくすることができる。
【００５８】
なお、第５の実施例では、第１の電磁コイルのコイルエンド領域を、円筒領域を含む円筒面の外側に曲げ、第２の電磁コイルのコイルエンド領域を曲げない構成を採用しているが、例えば、第１の電磁コイルのコイルエンド領域を、円筒領域を含む円筒面の外側に曲げ、第２の電磁コイルのコイルエンド領域を、円筒領域を含む円筒面の内側に曲げる構成や、第１の電磁コイルのコイルエンド領域を、円筒領域を含む円筒面の外側ではなく、円筒領域を含む円筒面の内側に曲げ、第２の電磁コイルのコイルエンド領域を曲げない構成を採用しても良い。
【００５９】
また、第５の実施例では、電磁コイルが３相の場合を例にとり説明したが、相の数は３相に限られず、２相以上であればよい。なお、３相の場合（奇数相の場合）、電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃはそれぞれ、同数の第１の電磁コイルと第２の電磁コイルを有するが、２相の場合（偶数相の場合）、電磁コイル１００Ａは第１相の電磁コイルとなり、電磁コイル１００Ｂは第２の電磁コイルになる。すなわち、相の数が奇数であれば、同じ相の電磁コイルにつき、同数の第１の電磁コイルと第２の電磁コイルを有するが、偶数相の場合、相が決まれば、電磁コイルの形は、第１の電磁コイル、第２の電磁コイルのどちらかに決まる。
【００６０】
［第６の実施例］
図８Ｆは、第６の実施例を示す説明図である。第６の実施例は、電磁コイルが３相である場合の変形例である。この第６の実施例では、３相の電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃから、それぞれ１個の電磁コイルが集まってひとかたまりの電磁コイルサブアッセンブリーを形成している。第６の実施例では、Ａ相の電磁コイル１００Ａを円筒領域の円周方向に並べ、次いでＢ相の電磁コイル１００Ｂ、Ｃ相の電磁コイル１００Ｃの順に電磁コイルを並べて、コアレスモーターを製造する他、３相の電磁コイル１００Ａ〜１００Ｃから、それぞれ１個の電磁コイル並べて、電磁コイルサブアッセンブリーを形成し、この電磁コイルサブアッセンブリーを円筒領域の円周方向に並べてコアレスモーターを製造しても良い。このように、第６の実施例では、電磁コイルサブアッセンブリーを形成し、組み合わせることも可能であり、容易にコアレスモーターを形成することが出来る。
【００６１】
図９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、上述した各種の電動モーター１０を利用することが可能である。
【００６２】
図１０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、上述した各種の電動モーター１０を利用することが可能である。
【００６３】
図１１は、本発明の変形例によるモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図である。双腕７軸ロボット３４５０は、関節モーター３４６０と、把持部モーター３４７０と、アーム３４８０と、把持部３４９０と、を備える。関節モーター３４６０は、肩関節、肘関節、手首関節に相当する位置に配置されている。関節モーター３４６０は、アーム３４８０と把持部３４９０とを、３次元的に動作させるため、各関節につき２つのモーターを備えている。また、把持部モーター３４７０は、把持部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を利用することが可能である。
【００６４】
図１２は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、電動モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この電動モーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、電動モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。この電動モーター３５１０としては、上述した各種の電動モーター１０を利用することができる。
【００６５】
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】
【００６６】
１Ｂ−１Ｂ…切断線
２Ｂ−２Ｂ…切断線
２Ｃ−２Ｃ…切断線
２Ｄ−２Ｄ…切断線
１０…電動モーター
１５…ステーター
２０…ローター
１００、１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１０１…絶縁膜
１０５…電磁コイル用配線
１１０…ケーシング
１１５…コイルバックヨーク
１３０…樹脂
２００…永久磁石
２３０…回転軸
２４０…軸受け
２６０…波バネ座金
２７０…コイルガイド
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
３２０…エンコーダー
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２のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モーター
３４５０…双腕７軸ロボット
３４６０…関節モーター
３４７０…把持部モーター
３４８０…アーム
３４９０…把持部
３５００…鉄道車両
３５１０…電動モーター
３５２０…車輪
【図１】
2013062999.tif 000004
【図２】
2013062999.tif 000005
【図３】
2013062999.tif 000006
【図４Ａ】
2013062999.tif 000007
【図４Ｂ】
2013062999.tif 000008
【図４Ｃ】
2013062999.tif 000009
【図４Ｄ】
2013062999.tif 000010
【図４Ｅ】
2013062999.tif 000011
【図５】
2013062999.tif 000012
【図６】
2013062999.tif 000013
【図７】
2013062999.tif 000014
【図８Ａ】
2013062999.tif 000015
【図８Ｂ】
2013062999.tif 000016
【図８Ｃ】
2013062999.tif 000017
【図８Ｄ】
2013062999.tif 000018
【図８Ｅ】
2013062999.tif 000019
【図８Ｆ】
2013062999.tif 000020
【図９】
2013062999.tif 000021
【図１０】
2013062999.tif 000022
【図１１】
2013062999.tif 000023
【図１２】
2013062999.tif 000024