JP2012253922A - コアレス電気機械装置、移動体、ロボット及びコアレス電気機械装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁コイルの占積率を向上させてコアレス電気機械装置の効率を向上させる。
【解決手段】Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の電磁コイルを有するコアレス電気機械装置の製造方法であって、（ａ）Ｍ回巻きの同じ形状のＮ個の電磁コイルの円筒片を準備する工程、（ｂ）電磁コイルの前記コイルエンド領域を、他の電磁コイルのコイルエンド領域と干渉しないように円筒片の内周側または外周側に曲げる工程、（ｃ）電磁コイルの有効コイル領域を、他の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束により、隣り合う導体束が接するようにコイル集合体を形成する工程、（ｄ）コイル集合体Ｐ個（Ｐは２以上の整数）を円筒の放射方向に重ならないように、かつ隣り合うコイル集合体が接するように並べて、円筒形状に配置された電磁コイルを形成する工程、（ｅ）電磁コイルの外側にコイルバックヨークを配置する工程、（ｆ）永久磁石を有する回転軸を配置する工程、を備える。
【選択図】図１６

Description

本発明は、コアレス電気機械装置、移動体、ロボット及びコアレス電気機械装置の製造方法に関する。

絶縁性のフィルム状シートに複数個の空芯のコイルを挟むことにより、コイル（電磁コイル）の占積率を向上させているスロットレスモーターが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００１−２３１２０４号公報

しかしながら、従来の方法では、電磁コイルの芯にあたる部分に空間が残存しており、さらなる占積率を向上については、十分に検討されていなかった。

本願発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、電磁コイルの占積率を向上させてコアレス電動モーター（コアレス電気機械装置）の効率を向上させることを目的とする。

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。

［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の部材に配置されたＮ相（Ｎ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Ｎ相の電磁コイルの前記有効コイル領域の形状は、それぞれ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配置されており、前記Ｎ相の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−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干渉しないように前記円筒領域の内周側または外周側に曲げられており、前記電磁コイルは、導体がM（Ｍは２以上の整数）回巻かれた導体束に形成されており、前記Ｎ相の電磁コイルから各相１個ずつ計Ｎ個の前記電磁コイルが第１の相の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束と他の相の前記電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束とが接し、かつ、各相の前記電磁コイルの空芯部分に、他の前記電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束を接するように収納したコイルサブ集合体が形成され、前記コイルサブ集合体が前記円筒の放射方向に重ならないように、かつ、隣り合うコイルサブ集合体が接するように前記コイルサブ集合体が前記円筒領域に沿って並べられている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、第１の相の電磁コイルの有効コイル領域が他の相の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束により隣接する導体束が接するように隙間無く埋められているコイル集合体が形成され、コイル集合体が重ならないように、かつ隣接するコイル集合体が接触するように前記コイル集合体を複数個並べられているので、電磁コイルの占積率を高めることができ、コアレス電気機械装置の効率を向上させることができる。

［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Nの値は２であり、前記電磁コイルは、前記導体束の幅と同じ大きさの空芯を有しており、第１の電磁コイルの空芯に、第２の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束が収納されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、２相のコアレスモーターのとき、導体束の幅と空芯の大きさを同じにすることにより、電磁コイルの占積率を向上させることができ、コアレス電気機械装置の効率を向上させることができる。

［適用例３］
適用例１に記載のコアレス電気機械装置において、前記Nの値は３であり、前記電磁コイルは、前記導体束の幅の２倍の同じ大きさの空芯を有しており、第１の電磁コイルの空芯に、第２と第３の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束が収納されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、３相のコアレスモーターのとき、電磁コイルが導体束の幅の２倍の同じ大きさの空芯を有することにより、電磁コイルの占積率を向上させることができ、コアレス電気機械装置の効率を向上させることができる。なお、一般的には、Ｎ相のコアレスモーターのとき、電磁コイルが導体束の幅の（Ｎ−１）倍の同じ大きさの空芯を有すればよい。

［適用例４］
適用例１〜３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。

［適用例５］
適用例１〜３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。

［適用例６］
Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の電磁コイルを有するコアレス電気機械装置の製造方法であって、（ａ）導体をＭ（Ｍは２以上の整数）回巻いて、前記電磁コイルの有効コイル領域がそれぞれ同じ形状であり、前記電磁コイルの電気抵抗の値が同じ大きさであるＮ個の前記電磁コイルの円筒片を準備する工程と、（ｂ）前記Ｎ個の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−１）個の電磁コイルの前記コイルエンド領域を、他の電磁コイルのコイルエンド領域と干渉しないように前記円筒片の内周側または外周側に曲げる工程と、（ｃ）前記Ｎ個の電磁コイルの内の第１の電磁コイルの有効コイル領域を、他の（Ｎ−１）個の電磁コイルの有効コイル領域を形成するＭ本の導体で形成された導体束により、隣り合う導体束が接するようにコイルサブ集合体を形成する工程と、（ｄ）前記コイルサブ集合体Ｐ個（Ｐは２以上の整数）を前記円筒片の放射方向に重ならないように、かつ隣り合うコイルサブ集合体が接するように並べて、円筒形状に配置された電磁コイルを形成する工程と、（ｅ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の外周側にコイルバックヨークを配置する工程と、（ｆ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の内周側に永久磁石を有する回転軸を配置する工程と、を備える、コアレス電気機械装置の製造方法。
この適用例によれば、コイルサブ集合体を形成したのち、このコイルサブ集合体を円筒形状に配置して電磁コイルを形成するので、コアレス電気機械装置を容易に製造することができる。

［適用例７］
Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の電磁コイルを有するコアレス電気機械装置の製造方法であって、（ａ）導体をＭ（Ｍは２以上の整数）回巻いて、前記電磁コイルの有効コイル領域がそれぞれ同じ形状であり、前記電磁コイルの電気抵抗の値が同じ大きさであるＮ個の前記電磁コイルの円筒片を準備する工程と、（ｂ）前記Ｎ個の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−１）個の電磁コイルの前記コイルエンド領域を、他の電磁コイルのコイルエンド領域と干渉しないように前記円筒片の内周側または外周側に曲げる工程と、（ｃ）前記Ｎ個の電磁コイルの内の第１の電磁コイルの有効コイル領域を、他の（Ｎ−１）個の電磁コイルの有効コイル領域を形成するＭ本の導体で形成された導体束により、隣り合う導体束が接するようにコイルサブ集合体を形成する工程と、（ｄ）前記円筒形状のコイルバックヨークを準備する工程と、（ｅ）前記コイルバックヨークの内周側に前記コイルサブ集合体Ｐ個（Ｐは２以上の整数）を前記円筒の放射方向に重ならないように、かつ隣り合うコイルサブ集合体が接するように並べて、円筒形状に配置された電磁コイルを形成する工程と、（ｆ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の内周側に永久磁石を有する回転軸を配置する工程と、を備える、コアレス電気機械装置の製造方法。
この適用例によれば、コイルバックヨークの内側からコイルサブ集合体を並べるので、分割構造でないコイルバックヨークを用いることが出来る。

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。

第１の実施例を示す説明図である。 永久磁石表面とコイルバックヨークの間隔Ｌと磁束密度の関係を示す説明図である。 図１（Ｂ）において、隣接する同相の電磁コイルの境界部に破線による印Ｘを付けた図である。 コアレスモーターの電気角と、電磁コイルの誘起電圧、磁気センサー３００（図１）が検知する磁束密度を示すグラフである。 平面上に電磁コイル１００Ａを形成した状態を示す説明図である。 平面上に電磁コイル１００Ｂを形成した状態を示す説明図である。 重ね合わせる前の電磁コイル１００Ａの状態を示す説明図である。 重ね合わせる前の電磁コイル１００Ｂの状態を示す説明図である。 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。 第１の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。 第２の実施例を示す説明図である。 図６（Ｂ）において、図３Ａにおいて印Ｘを付けた位置と対応する位置に破線による印Ｘを付けた図である。 コアレスモーターの電気角と、電磁コイルの誘起電圧、磁気センサー３００（図６）が検知する磁束密度を示すグラフである。 第２の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。 図３Ａの印Ｘが付された部分を拡大して示す説明図である。 図７Ａの印Ｘが付された部分を拡大して示す説明図である。 第１第２の実施例のコアレスモーターの特性をコア付モーター従来のコアレスモーターの特性と比較する説明図である。 従来のコアレスモーターにおける電磁コイルの電気抵抗とインダクタンスを示す説明図である。 第１の実施例のコアレスモーターにおける電気抵抗とインダクタンスを示す説明図である。 電磁コイル１００Ａのフォーミング工程を説明する説明図である。 電磁コイル１００Ｂのフォーミング工程を説明する説明図である。 電磁コイル１００Ａへの絶縁膜層形成工程を示す説明図である。 電磁コイル１００Ｂへの絶縁膜層形成工程を示す説明図である。 電磁コイル１００Ａと１００Ｂの組み立て工程を示す説明図である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その１）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その２）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その３）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その４）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その５）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その１）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その２）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その３）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その４）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その５）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成工程をさらに別の工程で行う場合の電磁コイルサブアッセンブリー１５５を示す説明図である。 電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その１）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その２）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その３）である。 電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その４）である。 第３の実施例を示す説明図である。 コアレスモーターの電気角と電磁コイルの誘起電圧磁気センサー３００（図３０（Ａ））が検知する磁束密度を示すグラフである。 第３の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。 第３の実施例における電磁コイルを模式的に示す説明図である。 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。 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。 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。 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。

［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、コアレスモーター１０を回転軸２３０と平行な切断線（図１（Ｂ）の１Ａ−１Ａ）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、コアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線（図１（Ａ）の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。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コアレスの電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、を有している。コイルバックヨーク１１５は、磁性体材料で形成されており、略円筒形状を有している。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。電磁コイル１００Ａと、電磁コイル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。なお、コイルバックヨーク１１５についても電磁コイル１００Ａ、１００Ｂとともに樹脂１３０によりモールドされているが、コイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの外周側に配置されている。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、同一の円筒領域にあるが、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。

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信号増幅器回路や温度補償回路を有したホールセンサーＩＣ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。なお、図１においては、磁気センサー３００は１つのみ図示されているが、コアレスモーター１０は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのそれぞれに対応して、磁気センサーを２つ備えていてもよい。

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。ここで、永久磁石２００の表面からコイルバックヨーク１１５までの間隔を距離Ｌと呼ぶ。永久磁石２００の回転軸２３０方向の両端には、磁石バックヨーク２１５が配置されている。磁石バックヨーク２１５は、永久磁石２００の磁束が回転軸２３０に沿った方向に漏れるのを抑制する。回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されている。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。

図２は、永久磁石表面とコイルバックヨークの間隔Ｌと磁束密度の関係を示す説明図である。永久磁石表面とコイルバックヨークの間隔Ｌを変えない場合、永久磁石２００の表面からの距離Ｌｘが大きくなると、磁束密度が小さくなる。また、磁束密度を測る測定位置（永久磁石からの距離Ｌｘ）を一定とした場合、永久磁石２００とコイルバックヨーク１１５との距離Ｌが小さいほど、磁束密度が大きいことがわかる。したがって、電磁コイル１００の厚さが薄くなるように電磁コイル１００を形成し、永久磁石２００と、コイルバックヨーク１１５との間の距離Ｌを小さく形成することにより、電磁コイル１００が受ける磁束密度を大きくし、コアレスモーター１０の効率を向上させることができる。

図３Ａは、図１（Ｂ）において、隣り合う同相の電磁コイルの境界部に破線による印Ｘを付けた図である。なお、隣り合う電磁コイル１００は接触していることが好ましいが、コイル巻技術上の問題から、２つの電磁コイル１００Ａ、あるいは２つの電磁コイル１００Ｂの間に、僅かに隙間が生じてしまう。図３Ａでは、この隣接する電磁コイル１００間の隙間を強調して図示している点が図１と異なる。このように、コイル巻技術上の問題から、２つの電磁コイル１００Ａ、あるいは２つの電磁コイル１００Ｂの間に、僅かに隙間が生じている。この隙間に、電気角上での永久磁石２００の極中心点（図３Ｂによるπ／２ ｏｒ ３π／２）と合致したところが、電磁コイル１００Aまたは電磁コイル１００Bに流れた最大電流により最大力Ｆが発生する。そのため、この隙間には電磁コイルの高占積率化が要求される。ここで、占積率とは、（電磁コイルの導体の断面積）／（電磁コイルが配置される円筒領域の断面積）をいう。２つの電磁コイル１００Ａ間あるいは２つの電磁コイル１００Ｂ間に隙間が生じていると、かかる隙間には電磁コイルの導体が存在しないので、占積率が１００％から下がることになる。ただし、後で説明するように、電磁コイル１００Ａの２つの有効コイル領域の間に２つの電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が収まっているので、この有効コイル領域においてはかなりの高占積率を維持することができる。

図３Ｂは、コアレスモーターの電気角と、電磁コイルの誘起電圧、磁気センサー３００（図１）が検知する磁束密度を示すグラフである。図３Ｂにおいて、２つの永久磁石２００境界部と、２つの電磁コイル１００Ａの境界が一致するとき（図３Ａの状態）の電気角をπ／２としている。磁気センサー３００が検知する磁束密度は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、最小となる。また、電磁コイル１００Ｂの誘起電圧は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、ゼロとなる。一方、電磁コイル１００Ａの誘起電圧は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、ゼロとなり、電気角が０（π、２π）のとき、最大となる。

図４Ａは、平面上に電磁コイル１００Ａを形成した状態を示す説明図である。図４Ｂは、平面上に電磁コイル１００Ｂを形成した状態を示す説明図である。電磁コイル１００Ａと電磁コイル１００Ｂとは、同じ材質、同じ径の導体で形成されている。図４Ａ、４Ｂを比較すればわかるように、平面上に電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを形成した状態では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは同じ形状である。また、電磁コイル１００Ａの巻数と電磁コイル１００Ｂの巻数は同じ数Ｍ（Ｍは２以上の整数）である。したがって、電磁コイル１００Ａの電気抵抗と、電磁コイル１００Ｂの電気抵抗と、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、同じ値であることが好ましいが、この限りではない。また、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの導体の束の太さをφ１としたとき、有効コイル領域におけるコイル束の間隔をＬ２とすると、Ｌ２≒２×φ１の関係を有している。ここで、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを形成する導体がＭ本集まって束となった物をコイル束（請求項では導体束と呼んでいる）と呼ぶ。

図４Ｃは、重ね合わせる前の電磁コイル１００Ａの状態を示す説明図である。図４Ｄは、重ね合わせる前の電磁コイル１００Ｂの状態を示す説明図である。図４Ｃ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４Ｄ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が小さくなるので、インダクタンスは小さくなる。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。

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は電磁コイルの軸方向の長さである。

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。なお、図４Ｅでは、コイルバックヨーク１１５を記載している。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。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っており、電磁コイル１００Ａと１００Ｂは重なっていない。また、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域は、円筒面から外側に曲げられており、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域と重ならない。このように、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域を外側に曲げることにより、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとを同じ円筒面上に重ならないように配置することができる。本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの導体の束の太さφ１と、有効コイル領域におけるコイル束の間隔を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が配置される円筒面は、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。

次に、電磁コイル１００Ａと１００Ｂの、電気抵抗とインダクタンスについて説明する。図４Ｅで示した電磁コイル１００Ａと１００Ｂの形状は、図４Ｃ、図４Ｄで示した電磁コイル１００Ａと１００Ｂの形状と同じである。したがって、図４Ｃ、図４Ｄで説明したように、図４Ｅの示す状態でも、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。図４Ｃ、図４Ｄ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、図４Ｅに示すように、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寄与が支配的となる。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、コアレスモーター１０の効率を向上させることができる。

図５は、第１の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。図５で明らかなように、電磁コイル１００Ａの巻線方向は、交互に時計回り、半時計回りとなっている。電磁コイル１００Ｂについても同様である。

以上、本実施例のコアレスモーター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、コアレスモーター１０の効率を向上させることができる。

さらに、図４Ａ〜図４Ｅ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。

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１００Ａ、１００Ｂの占積率を大きくでき、コアレスモーター１０の効率を向上させることができる。

［第２の実施例］
上述したように、第１の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの占積率を大きくでき、コアレスモーター１０の効率を向上させることができた。しかし、電磁コイル１００の結線がやや複雑であり、製造時に、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを１個ずつ組み合わせて結線しており、製造工程がやや複雑になるおそれがあった。第２の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの占積率のさらなる向上と、結線の容易化を実現し、製造工程の簡易化を実現する。

図６は、第２の実施例を示す説明図である。図６（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と平行な切断線（図６（Ｂ）の６Ａ−６Ａ）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６（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線（図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ）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の実施例と比較すると、第２の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの数は半分となっている。また、第１の実施例では、図３Ａの印Ｘで示したところのように、同相の電磁コイル同士が接触するところがあるが、第２の実施例では、同相の電磁コイル同士が接触するところが無い点が異なる。すなわち、第１と第２の実施例は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの巻き方が異なっている。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を外側（放射方向）に曲げ、第２の実施例では、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域を外側（放射方向）に曲げており、曲げる電磁コイル１００の相が、Ａ相、Ｂ相で異なっている。しかし、コアレスモーター１０では、一般に、Ａ相の電磁コイル１００ＡとＢ相の電磁コイル１００Ｂとは、交換可能である。

図７Ａは、図６（Ｂ）において、図３Ａにおいて印Ｘを付けた位置と対応する位置に破線による印Ｘを付けた図である。図３Ａでは、印Ｘが付された位置は同相の２つの電磁コイル（例えば電磁コイル１００Ａと１００Ａ）が隣り合う位置であるが、図７では、印Ｘが付された位置は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのコイル束の中央部である。すなわち、図７Ａに示す例では、印Ｘを付けた位置は、１つの電磁コイルであるので、隙間が生じていない。すなわち、隙間がない分、第２の実施例は、第１の実施例よりも電気角上で最大力Ｆを発生させる領域での電磁コイル１００の占積率を向上させることが出来る。

図７Ｂは、コアレスモーターの電気角と、電磁コイルの誘起電圧、磁気センサー３００（図６）が検知する磁束密度を示すグラフである。図７Ｂにおいて、２つの永久磁石２００境界部と、２つの電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの境界が一致するときの位相を０とし、２つの永久磁石２００境界部が、各電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのコイル束の中央と一致するとき（図７Ａの状態）の電気角をπ／２としている。磁気センサー３００が検知する磁束密度は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、最小となる。また、電磁コイル１００Ｂの誘起電圧は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、ゼロとなる。一方、電磁コイル１００Ａの誘起電圧は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、ゼロとなり、電気角が０（π、２π）のとき、最大となる。

図８は、第２の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。図５（第１の実施例）と比較すれば明らかなように、第２の実施例における電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの結線は、第１の実施例と比較して簡単になっている。すなわち、第１の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを複数のコイルアッセンブリー（コイル集合体）に分割することは困難であるが、第２の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは容易に複数の（本実施例では３つの）電磁コイルサブアッセンブリー１５０に分割することが出来る。すなわち、第２の実施例では、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を作成し、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を組み合わせることにより、容易に電磁コイルアッセンブリー１０３を形成することが可能となる。なお、本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを円筒形に組み合わせたものを電磁コイルアッセンブリー１０３と呼ぶ。なお、後述する製造工程においては、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとを、コイルバックヨーク１１５と共に樹脂１３０でモールドする。この電磁コイル１００Ａと１００Ｂとが、コイルバックヨーク１１５と共に樹脂１３０でモールドされたものについては、コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリーと呼ぶ。

図９Ａは、図３Ａの印Ｘが付された部分を拡大して示す説明図である。図９Ｂは、図７Ａの印Ｘが付された部分を拡大して示す説明図である。電磁コイル１００Ａは、外縁に絶縁薄膜層１０１を有している。図９Ａに示す第１の実施例では、２つの電磁コイル１００Ａ、１００Ａが接触する部分において、絶縁薄膜層１０１Ｙが存在している。一方、図９Ｂに示す第２の実施例では、印Ｘが付された部分は１つの電磁コイルで形成されているため、図９Ａにおいて絶縁薄膜層１０１Ｙが存在している部分には、絶縁薄膜層１０１Ｙ形成されない。絶縁薄膜層１０１Ｙは導体ではないので、占積率を低下させる。逆に言えば、第２の実施例の方が、第１の実施例よりも占積率を向上させることができる。

図１０は、第１、第２の実施例のコアレスモーターの特性を、コア付モーター、従来のコアレスモーターの特性と比較する説明図である。ここで、図中の（Ｉ）は第１の実施例を示し、（ＩＩ）は、第２の実施例を示している。また、従来のコアレスモーターとは、Ａ相の電磁コイル１００Ａが内側の（永久磁石２００に近い）円筒面に配置され、Ｂ相の電磁コイル１００Ｂ外側の（コイルバックヨーク１１５に近い）円筒面に配置されているモーターである。なお、電磁コイル１００Ａが配置される円筒面と、電磁コイル１００Ｂが配置される円筒面は異なっている。ほぼ同体積、同重量のコア付モーター、従来のコアレスモーターと比較すると、第１、第２の実施例は、いずれも始動トルクが大きくなっている。ここで、コア付モーターの始動トルク１００％とすると、第１の実施例では、１９５％、第２の実施例では、２０５％と、約２倍の大きさとなっている。また、第１、第２の実施例を比較すると、第２の実施例の始動トルクの方が第１の実施例の始動トルクよりも少し大きい。これは、図９Ａ、図９Ｂで示したように、第２の実施例では、絶縁薄膜層１０１Ｙが存在しないため、第１の実施例よりも占積率が少し高いことが理由と思われる。

図１１Ａは、比較例のコアレスモーターにおける電磁コイルの電気抵抗とインダクタンスを示す説明図である。比較例（従来）のコアレスモーターでは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが配置される円筒面が異なるため、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの全ての電気特性を同じにすることが難しい。例えば、図１１Ａに示しように電磁コイル１００Ａの電気抵抗と電磁コイル１００Ｂの電気抵抗とをほぼ同じにしても、電磁コイル１００Ａとコイルバックヨーク１１５との間の距離と、電磁コイル１００Ｂとコイルバックヨーク１１５との間の距離と、が異なるため、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのインダクタンスの大きさが異なってしまう。例えば、電磁コイル１００Ｂの方が電磁コイル１００Ａよりもコイルバックヨーク１１５に近い場合、電磁コイル１００Ｂのインダクタンスがより大きくなる。

図１１Ｂは、第１の実施例のコアレスモーターにおける電気抵抗とインダクタンスを示す説明図である。図１１Ｂから明らかなように、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは電気特性（電気抵抗、インダクタンス）に関して等価である。コイルバックヨーク１１５が有る場合、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのインダクタンスは、有効コイル領域の寄与が支配的になる。そして、第１の実施例では、電磁コイル１００Ａと１００Ｂの有効コイル領域の形状が同じであり、電磁コイル１００Ａの有効コイル領域とコイルバックヨーク１１５と間隔、及び電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域とコイルバックヨーク１１５と間隔は同じ大きさである。そのため、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの電気抵抗及びインダクタンスを同じ値にすることができ、両者のバランスを良くすることが可能となる。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの電気抵抗については、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを形成する導体の太さ、及び長さを同じにすることにより容易に一致させることができる。

以下、コアレスモーター１０のコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４の製造について説明する。ここで、２つの電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、コイルバックヨーク１１５とを樹脂１３０で固めたものをコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４と呼ぶ。コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４は、複数のコイルアッセンブリーを備える。まず、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を製造する工程について説明し、ついで、電磁コイルサブアッセンブリー１５０からコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を製造する工程について説明する。

［コイルアッセンブリーの製造工程］
図１２Ａは、電磁コイル１００Ａのフォーミング工程を説明する説明図である。電磁コイル１００Ａを形成する絶縁膜付導体を角丸長方形形状に巻き、加圧し、円筒領域の一部の形を有する形状に成形する。このとき、導体の絶縁膜の厚さが、加圧前の３０％〜１００％の間あるいは、２０％〜１００％の間になるように、円筒領域の放射方向に角丸長方形形状に巻かれた電磁コイル１００Ａを加圧する。なお、絶縁膜の厚さが薄くなると、導体間の耐圧が下がるが、同一電磁コイル内の導体の電位は同じ電位であるため、導体間の耐圧が低くなっても十分な耐圧を有しており、同一電磁コイル内の導体間の電流リークの問題はない。

図１２Ｂは、電磁コイル１００Ｂのフォーミング工程を説明する説明図である。電磁コイル１００Ｂのフォーミング工程は、電磁コイル１００Ａのフォーミング工程と同じである。ただし、電磁コイル１００Ｂのフォーミングでは、コイルエンド領域１００ＢＣＥを円筒面から外側に折れ曲げる点が、電磁コイル１００Ａのフォーミングと異なるが、他については同じである。なお、コイルエンド領域１００ＢＣＥを円筒面から外側に折れ曲げる前の電磁コイル１００Ｂの形状は、電磁コイル１００Ａの形状と同じである。

図１３Ａは、電磁コイル１００Ａへの絶縁膜層形成工程を示す説明図である。図１３Ｂは、電磁コイル１００Ｂへの絶縁膜層形成工程を示す説明図である。上述したように、電磁コイル１００Ａ内、あるいは、電磁コイル１００Ｂ内では、それぞれ同電位であるため、導体の絶縁膜の厚さが薄くなり、導体間の耐圧が下がっても同一電磁コイル内の導体間の電流リークの問題はない。しかし、コアレスモーター１０に組み付けた場合には、電磁コイル１００Ａと１００Ｂは接触するため、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとコイルバックヨーク１１５の間の公的機関による高耐電圧（１．５［ｋＶ］以上）特性を考慮して、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ間の耐圧を向上させることが好ましい。本実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの全域に絶縁薄膜層１０１を形成し、耐圧を確保している。絶縁薄膜層１０１の材料としては、例えば、酸化チタン含有シランカップリング材、パリレン、エポキシ、シリコーン、ウレタンを用いることが可能である。

図１４は、電磁コイル１００Ａと１００Ｂの組み立て工程を示す説明図である。なお、図１４では、絶縁薄膜層１０１（図１３Ａ，図１３Ｂ）の記載を省略している。電磁コイル１００Ａが配置される円筒領域の放射方向外周側から、電磁コイル１００Ａの中央部の２つの有効コイル領域の間に電磁コイル１００Ｂの有効コイル領域が嵌り込むように、電磁コイル１００Ｂを嵌めこむことにより、電磁コイルサブアッセンブリー１５０（コイルサブ集合体）が形成される。電磁コイルサブアッセンブリー１５０は、電磁コイル１００が為す円筒面の一部を形成している。そして、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域１００ＢＣＥが円筒領域の底面に近い部分において、電磁コイル１００Ｂが配置される円筒領域の放射方向外周側に曲がっている。そして、電磁コイル１００Ａのコイルエンド領域１００ＡＣＥの一部と、電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域１００ＢＣＥの一部とが重なる。

［コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリーの製造（第１の方法）］
図１５は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その１）である。図１５（Ａ）に示す工程では、抜きピン４１１を有する基台４００を準備する。基台４００は、略円盤形状を有している。抜きピン４１１は、略円柱形の部材であり、基台４００の中央に配置されている。基台４００と抜きピン４１１とは、一体に形成されていてもよい。図１５（Ｂ）に示す工程では、３つの内金型４２０を、抜きピン４１１の外周部に配置する。３つの内金型４２０は、略円筒形状を形成する。内金型４２０は、外側表面に突起４２１を備えている。突起４２１の高さは１０〜２０μｍが好ましく、１０〜１００μｍであってもよい。また、内金型４２０は、内周／（内周の曲率半径）＜外周／（外周の曲率半径）となっている。そのため、内金型４２０を抜きピン４１１の外周部に配置すると、２つの内金型４２０の接合部分に、楔形の空間４２２が形成される。この楔形の空間４２２は、抜きピン４１１を抜いた後、内金型４２０を中心方向に移動させて外しやすくする。なお、本実施例では、内金型４２０を３分割構成にしているが、２分割構成や４分割構成など、３分割構成以外であってもよい。

図１６は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その２）である。図１５（Ａ）に示す工程では、内金型４２０の外側に電磁コイルサブアッセンブリー１５０が配置される。本実施例では、３つの電磁コイルサブアッセンブリー１５０で、略円筒形状が形成される。図１６（Ｂ）に示す工程では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域の外側にコイルバックヨーク１１５が配置される。本実施例では、コイルバックヨーク１１５は３分割構成である。なお、この分割構成数は２以上であればよい。

図１７は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その３）である。図１７に示す工程では、コイルバックヨーク１１５の外側に外金型４３０が配置される。外金型４３０は、樹脂注入口４３１と、空気抜き口４３２とを備える。なお、図１７において、上に示す平面図では、空気抜き口４３２の図示を省略している。

図１８は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その４）である。図１８（Ａ）に示す工程では、高温にした金型の樹脂注入口４３１から高温にされた樹脂１３０を注入し、その後で成形型を真空ポンプにて脱泡工程をする。樹脂１３０が固まったら、外金型４３０を外す。図１８（Ｂ）は、外金型４３０を外した状態を示す。次に図１８（Ｂ）に示す状態から、基台４００と抜きピン４１１とを外す。

図１９は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程の一部を示す説明図（その５）である。図１９（Ａ）は、基台４００と抜きピン４１１とが取り外された状態を示す。図１９（Ａ）に示された状態から、３つの内金型４２０をそれぞれ抜きピン４１１が有った方向移動させて取り外し、電磁コイルアッセンブリー１０３を形成する。図１９（Ｂ）は、内金型４２０が取り外された状態を示している。以上のように、図１５〜図１９に示す工程により、電磁コイルサブアッセンブリー１５０からコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を形成することができる。

［コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリーの製造（第２の方法）］
図２０は、電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その１）である。先に説明した工程では、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を組み合わせたのち、コイルバックヨーク１１５を組み付けたが、こちらの工程では、円筒形のコイルバックヨーク１１５を先に準備して、コイルバックヨーク１１５の円筒の内側に電磁コイルサブアッセンブリー１５０を組み付ける点が異なる。

図２０（Ａ）に示す工程では、コイルバックヨーク１１５の円筒の内側に電磁コイルサブアッセンブリー１５０を挿入し、コイルバックヨーク１１５の円筒の内面に嵌めこむ。このとき、電磁コイルサブアッセンブリー１５０の電磁コイル１００Ｂの２つのコイルエンド領域１００ＢＣＥの間にコイルバックヨーク１１５が嵌めこまれるように、電磁コイルサブアッセンブリー１５０が配置される。次に図２０（Ｂ）に示す工程では、３分割された内金型４２０を電磁コイルサブアッセンブリー１５０の内側に配置する。

図２１は、電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その２）である。図２１（Ａ）に示す工程では、内金型４２０の内側に抜きピン４１１が挿入される。なお、抜きピン４１１の一方に端部には、基台４００が設けられている。図２１（Ｂ）は、抜きピン４１１が挿入された状態を示す説明図である。

図２２は、電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その３）である。図２２は、図１７と同じ図であり、コイルバックヨーク１１５の外側に、樹脂注入口４３１と、空気抜き口４３２とを備えた外金型４３０が配置される。

図２３は、電磁コイルアッセンブリーの形成を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その４）である。図２３は、図１８と同じ図であり、図２３（Ａ）に示す工程では、高温にした金型の樹脂注入口４３１から高温にされた樹脂１３０を注入し、その後で成形型を真空ポンプにて脱泡工程をする。樹脂１３０が固まったら、外金型４３０を外す。図２３（Ｂ）は、外金型４３０を外した状態を示す。次に図２３（Ｂ）に示す状態から、基台４００と抜きピン４１１とを外す。

図２４は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程を別の工程で行う場合の例を示す説明図（その５）である。図２４は、図１９と同じ図であり、図２４（Ａ）は、基台４００と抜きピン４１１とが取り外された状態を示す。図２４（Ａ）に示された状態から、３つの内金型４２０をそれぞれ抜きピン４１１が有った方向移動させて取り外し、電磁コイルアッセンブリー１０３を形成する。図２４（Ｂ）は、内金型４２０が取り外された状態を示している。以上のように、図２０〜図２４に示す工程によっても、電磁コイルサブアッセンブリー１５０からコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を形成することができる。なお、図１５〜図１９に示す工程でコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を製造する場合、コイルバックヨーク１１５を分割構造にしているが、図２０〜図２４に示す工程でコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を製造する場合、コイルバックヨーク１１５を分割構造にしなくても良い点が異なる。

［コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリーの製造（第３の方法）］
図２５は、電磁コイルアッセンブリーの形成工程をさらに別の工程で行う場合の電磁コイルサブアッセンブリー１５５を示す説明図である。コイルバックヨーク付電磁コイルサブアッセンブリー１５５は、電磁コイル１００Ａと１００Ｂとに加えて、コイルバックヨーク１１５を備える。コイルバックヨーク付電磁コイルサブアッセンブリー１５５は、電磁コイルサブアッセンブリー１５０とコイルバックヨーク１１５とを接合することにより容易に形成することが出来る。なお、後の工程で樹脂１３０によりモールドして一体化するので、電磁コイルサブアッセンブリー１５０とコイルバックヨーク１１５とを接合は、強くなくてもよい。コイルバックヨーク１１５は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域と重なるように配置されている。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂのコイルエンド領域１００ＡＣＥ、１００ＢＣＥは、コイルバックヨーク１１５と重なっていない。コイルバックヨーク１１５の回転方向の一方の端部にはカギ１１５Ａが形成され、他方の端部には、溝１１５Ｂが形成されている。コイルバックヨーク１１５のカギ１１５Ａは、隣接するコイルバックヨーク１１５の溝１１５Ｂに引っ掛かることにより、コイルバックヨーク１１５を強く係合することができる。

図２６は、電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その１）である。図２６は、図１５と同じ図であり、図２６において行う工程は、図１５において行う工程と同じであるので、説明を省略する。

図２７は、電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その２）である。図２７（Ａ）に示す工程では、コイルバックヨーク１１５のカギ１１５Ａと、溝１１５Ｂ（図面上電磁コイル１００Ｂのコイルエンド領域１００ＢＣＥに隠れている）と、を係合させながら、コイルバックヨーク付電磁コイルサブアッセンブリー１５５を内金型４２０の周りに配置していく。図２７（Ｂ）は、電磁コイルサブアッセンブリー１５５の配置後、さらに、外金型４３０を配置した状態を示す説明図である。図２７（Ｂ）では、カギ１１５Ａの部分が膨らんでいるが、この点を除けば、図２７（Ｂ）は、図１７と同じ図である。

図２８は、電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その３）である。図２８（Ａ）に示す工程では、高温にした金型の樹脂注入口４３１から高温にされた樹脂１３０を注入し、その後で成形型を真空ポンプにて脱泡工程をする。図２７（Ｂ）に示されているカギ１１５Ａの部分の膨らみは、樹脂１３０により埋められることにより、緩和される。図２８（Ｂ）は、外金型４３０を外した状態を示す。次に図２８（Ｂ）に示す状態から、基台４００と抜きピン４１１とを外す。

図２９は、電磁コイルアッセンブリーの形成をさらに別の工程で行う場合の例を示す説明図（その４）である。この工程は、図１９に示した工程と同じ工程であるので、説明を省略する。

以上、第２の実施例によれば、電磁コイルサブアッセンブリー１５０、あるいは、コイルバックヨーク付電磁コイルサブアッセンブリー１５５を製造し、これらを組み合わせたのち、樹脂１３０によりモールドすることにより、コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を容易に製造することができる。上述したように、このモールド工程は、様々な方法で実行することができる。また、このコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を備えるコアレスモーター１０の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、高い占積率を有しており、図１０で説明したように、高い始動トルクを有している。

［第３の実施例］
図３０は、第３の実施例を示す説明図である。図３０（Ａ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と平行な切断線（図３０（Ｂ）の３０Ａ−３０Ａ）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３０（Ｂ）は、コアレスモーター１０を回転軸２３０と垂直な切断線（図３０（Ａ）の３０Ｂ−３０Ｂ）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、電磁コイルが２相である場合について説明したが、第３の実施例では、電磁コイルは、３相である点が異なっている。なお、３相の場合、各相は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、スター結線、あるいは、デルタ結線されていてもよい。あるいは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃがそれぞれ独立であってもよい。第３の実施例では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの有効コイル領域は、同一円筒面上にあり、２つの電磁コイル１００Ａ、１００Ｃのコイルエンド領域は、有効コイル領域が配置される円筒面から外側方向に曲げられている。なお、電磁コイル１００Ａを有効コイル領域が配置される円筒面から内側方向に曲げ、電磁コイル１００Ｃを有効コイル領域が配置される円筒面から外側方向に曲げられた構成を採用してもよい。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは交換可能である。

図３１は、コアレスモーターの電気角と、電磁コイルの誘起電圧、磁気センサー３００（図３０（Ａ））が検知する磁束密度を示すグラフである。磁気センサー３００が検知する磁束密度は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、最小となる。また、電磁コイル１００Ｂの誘起電圧は、電気角がπ／２（３π／２）のとき、最大となり、電気角が０（π、２π）のとき、ゼロとなる。一方、電磁コイル１００Ａの誘起電圧は、電気角が５π／６（１１π／６）のとき、最大となり、電気角がπ／３（４π／３）のとき、ゼロとなる。電磁コイル１００Ｃの誘起電圧は、電気角が１π／６（７π／６）のとき、最大となり、電気角が２π／３（５π／３）のとき、ゼロとなる。すなわち、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのそれぞれに生じる誘起電圧は、２π／３ずれている。

図３２Ａは、第３の実施例における電磁コイルの配線を模式的に示す説明図である。図８に示した第２の実施例と同様に、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは容易に複数の（本実施例では３つの）電磁コイルサブアッセンブリー１５０に分割することが出来る。すなわち、第３の実施例では、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を作成し、電磁コイルサブアッセンブリー１５０を組み合わせることにより、容易にコイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー１０４を形成することが可能となる。なお、コイルバックヨーク付電磁コイルサブアッセンブリー１５５を用いてもよい。

図３２Ｂは、第３の実施例における電磁コイルを模式的に示す説明図である。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが重なっており、電磁コイル１００Ａの空芯部分に他の電磁コイル１００Ｂ、１００Ｃの有効コイル領域が埋められており、電磁コイル１００Ｂの空芯部分に他の電磁コイル１００Ｃ、１００Ａの有効コイル領域が埋められており、電磁コイル１００Ｃの空芯部分に他の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの有効コイル領域が埋められていることが分かる。

以上、第３の実施例に示すような３相のコアレスモーター１０においても、第２の実施例のコアレスモーターと同様に、製造工程の容易化と、占積率の向上を実現することができる。なお、４相以上の多相モーターにおいても同様である。

図３３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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。

図３４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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することが可能である。

図３５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３５９０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。

図３６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、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することができる。

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。

１０…コアレスモーター
１５…ステーター
２０…ローター
１００ＡＣＥ…コイルエンド領域
１００…電磁コイル
１００ＢＣＥ…コイルエンド領域
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…電磁コイル
１０１…絶縁薄膜層
１０３…電磁コイルアッセンブリー
１０４…コイルバックヨーク付電磁コイルアッセンブリー
１１０…ケーシング
１１５…コイルバックヨーク
１１５Ａ…カギ
１１５Ｂ…溝
１３０…樹脂
１５０、１５５…電磁コイルサブアッセンブリー
２００…永久磁石
２１５…磁石バックヨーク
２３０…回転軸
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
４００…基台
４１１…抜きピン
４２０…内金型
４２１…突起
４２２…空間
４３０…外金型
４３１…樹脂注入口
４３２…空気抜き口
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
３５９０…把持部

Claims (7)

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の部材に配置されたＮ相（Ｎ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Ｎ相の電磁コイルの前記有効コイル領域の形状は、それぞれ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配置されており、
   前記Ｎ相の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−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干渉しないように前記円筒領域の内周側または外周側に曲げられており、
   前記電磁コイルは、導体がM（Ｍは２以上の整数）回巻かれた導体束に形成されており、
   前記Ｎ相の電磁コイルから各相１個ずつ計Ｎ個の前記電磁コイルが第１の相の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束と他の相の前記電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束とが接し、かつ、各相の前記電磁コイルの空芯部分に、他の前記電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束を接するように収納したコイルサブ集合体が形成され、
   前記コイルサブ集合体が前記円筒の放射方向に重ならないように、かつ、隣り合うコイルサブ集合体が接するように前記コイルサブ集合体が前記円筒領域に沿って並べられている、コアレス電気機械装置。
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Nの値は２であり、
   前記電磁コイルは、前記導体束の幅と同じ大きさの空芯を有しており、
   第１の電磁コイルの空芯に、第２の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束が収納されている、コアレス電気機械装置。
3. 請求項１に記載のコアレス電気機械装置において、
   前記Nの値は３であり、
   前記電磁コイルは、前記導体束の幅の２倍の同じ大きさの空芯を有しており、
   第１の電磁コイルの空芯に、第２と第３の電磁コイルの有効コイル領域を形成する導体束が収納されている、コアレス電気機械装置。
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を備える移動体。
5. 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を備えるロボット。
6. Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の電磁コイルを有するコアレス電気機械装置の製造方法であって、
   （ａ）導体をＭ（Ｍは２以上の整数）回巻いて、前記電磁コイルの有効コイル領域がそれぞれ同じ形状であり、前記電磁コイルの電気抵抗の値が同じ大きさであるＮ個の前記電磁コイルの円筒片を準備する工程と、
   （ｂ）前記Ｎ個の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−１）個の電磁コイルの前記コイルエンド領域を、他の電磁コイルのコイルエンド領域と干渉しないように前記円筒片の内周側または外周側に曲げる工程と、
   （ｃ）前記Ｎ個の電磁コイルの内の第１の電磁コイルの有効コイル領域を、他の（Ｎ−１）個の電磁コイルの有効コイル領域を形成するＭ本の導体で形成された導体束により、隣り合う導体束が接するようにコイルサブ集合体を形成する工程と、
   （ｄ）前記コイル集合体Ｐ個（Ｐは２以上の整数）を前記円筒片の放射方向に重ならないように、かつ隣り合うコイルサブ集合体が接するように並べて、円筒形状に配置された電磁コイルを形成する工程と、
   （ｅ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の外周側にコイルバックヨークを配置する工程と、
   （ｆ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の内周側に永久磁石を有する回転軸を配置する工程と、
   を備える、コアレス電気機械装置の製造方法。
7. Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の電磁コイルを有するコアレス電気機械装置の製造方法であって、
   （ａ）導体をＭ（Ｍは２以上の整数）回巻いて、前記電磁コイルの有効コイル領域がそれぞれ同じ形状であり、前記電磁コイルの電気抵抗の値が同じ大きさであるＮ個の前記電磁コイルの円筒片を準備する工程と、
   （ｂ）前記Ｎ個の電磁コイルのうちの少なくとも（Ｎ−１）個の電磁コイルの前記コイルエンド領域を、他の電磁コイルのコイルエンド領域と干渉しないように前記円筒片の内周側または外周側に曲げる工程と、
   （ｃ）前記Ｎ個の電磁コイルの内の第１の電磁コイルの有効コイル領域を、他の（Ｎ−１）個の電磁コイルの有効コイル領域を形成するＭ本の導体で形成された導体束により、隣り合う導体束が接するようにコイルサブ集合体を形成する工程と、
   （ｄ）前記円筒形状のコイルバックヨークを準備する工程と、
   （ｅ）前記コイルバックヨークの内周側に前記コイル集合体Ｐ個（Ｐは２以上の整数）を前記円筒の放射方向に重ならないように、かつ隣り合うコイルサブ集合体が接するように並べて、円筒形状に配置された電磁コイルを形成する工程と、
   （ｆ）前記円筒形状に配置された電磁コイルの円筒領域の内周側に永久磁石を有する回転軸を配置する工程と、
   を備える、コアレス電気機械装置の製造方法。

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