CN102263467A - 无芯电动机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供无芯电动机械装置。作为课题，在无芯电动机械装置中产生大的转矩。作为解决手段，无芯电动机械装置具有：转子，其具有永久磁铁和磁性体部件；以及定子，其具有磁传感器和无芯电磁线圈，该无芯电磁线圈具有有效线圈区域和线圈端部区域。线圈背部轭铁覆盖有效线圈区域而未覆盖线圈端部区域。磁传感器配置在由电磁线圈产生的磁通线的方向与磁传感器检测的磁通线的方向垂直地相交的位置处。磁性体部件配置在磁传感器与永久磁铁之间。

Description

无芯电动机械装置

技术领域

本发明涉及无芯电动机械装置。

背景技术

电机是通过永久磁铁与电磁线圈之间的洛伦兹力来产生驱动力(例如专利文献1)。在电动无芯电机中，公知有为了检测转子在旋转方向上的位置而具有磁传感器的类型(例如专利文献2)。

【专利文献1】日本特开2008-159847号公报

【专利文献2】日本特开2007-267565号公报

在无芯电动机械装置中，不具有使电磁线圈的磁通收敛的铁芯，因此难以实现大的转矩。另一方面，转矩与电流成正比，因此在产生大的转矩时，在电磁线圈中将流过大电流。即，由电磁线圈产生的磁场的强度随电机输出的转矩大小而改变。因此，根据磁传感器的位置不同，可能会因电磁线圈产生的磁场的强度变化而导致在磁传感器的输出中产生失真。此外，在将磁传感器配置在不受电磁线圈的磁场强度的影响的位置处的情况下，磁铁与磁传感器之间的距离变近，可能导致磁传感器的输出饱和。当磁传感器的输出饱和时，难以使无芯电动机械装置高效地工作，难以提高转矩。

发明内容

本发明正是为了解决上述现有的课题而完成的，其目的在于，在无芯电动机械装置中产生大的转矩。并且，其目的在于抑制产生高转矩时磁传感器的输出发生失真和饱和的状况。

本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下的方式或应用例来实现。

[应用例1]一种无芯电动机械装置，其具有能够相对地移动的第1部件与第2部件，其中，该无芯电动机械装置具有：永久磁铁，其配置在所述第1部件上；空心的电磁线圈，其配置在所述第2部件上；以及线圈背部轭铁，其配置在所述第2部件上，且具有层叠结构，所述电磁线圈配置在所述永久磁铁与所述线圈背部轭铁之间，所述电磁线圈具有：在所述电磁线圈中产生使所述第1部件在移动方向上进行相对移动的力的有效线圈区域；以及线圈端部区域，所述线圈背部轭铁覆盖所述有效线圈区域而未覆盖所述线圈端部区域。

根据该应用例，能够抑制涡流产生，因此能够减小因涡流损耗造成的损耗，实现大转矩。

[应用例2]在应用例1所述的无芯电动机械装置中，所述有效线圈区域是从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈投影所述永久磁铁时的投影区域。

根据该应用例，能够高效地使用永久磁铁的磁通，因此能够减少损耗，实现大转矩。

[应用例3]在应用例1或应用例2所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁具有在与所述第1部件的移动方向垂直的方向上层叠的多个钢板件。

根据该应用例，线圈背部轭铁具有层叠钢板件，该层叠钢板件具备与移动部的移动方向平行的层结构，因此能够抑制在与移动方向垂直的方向上产生涡流。

[应用例4]在应用例3所述的无芯电动机械装置中，所述钢板件的厚度为0.1mm以下。

根据该应用例，层叠钢板件的厚度为0.1mm以下，因此容易抑制涡流产生。

[应用例5]在应用例4所述的无芯电动机械装置中，所述钢板件的厚度大约为0.1mm。

根据该应用例，层叠钢板件的厚度也可以大约为0.1mm。

[应用例6]在应用例1至应用例5中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件还具有磁性体部件，所述第2部件还具有磁传感器，该磁传感器检测由所述永久磁铁产生的磁通的大小，所述磁传感器配置在由所述电磁线圈产生的磁通线的方向与所述磁传感器检测的磁通线的方向垂直地相交的位置处，所述磁性体部件配置在所述磁传感器与所述永久磁铁之间。

根据该应用例，磁传感器不会检测到因流过电磁线圈的电流引起的磁通变化，因此输出不容易发生失真，并且，磁性体部件配置在所述磁传感器与所述磁铁之间，因此输出不容易发生饱和。

[应用例7]在应用例6所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件与所述第2部件具有以所述第1部件的旋转轴为中心的同心圆筒形状，所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述第1部件与所述第2部件相对的圆筒面上，所述磁性体部件配置在与所述旋转轴的轴向平行的方向上的所述永久磁铁的端面上。

永久磁铁与电磁线圈可以排列在相对于旋转轴呈放射状的方向上。

[应用例8]在应用例7所述的无芯电动机械装置中，配置所述磁传感器的位置处于所述电磁线圈的线圈端部与所述旋转轴之间，且处于从所述线圈端部朝向所述旋转轴呈直角引出的放射线上。

根据该应用例，磁传感器不会检测到因流过电磁线圈的电流引起的磁通变化。

[应用例9]在应用例1至应用例5中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述永久磁铁在与从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向以及所述移动方向分别垂直的方向的两端部上具有侧部轭铁。

根据该应用例，能够通过侧部轭铁抑制磁通朝向磁铁侧面方向的泄漏。

[应用例10]在应用例1至应用例5以及应用例9中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件是具有所述永久磁铁的转子，所述第2部件是具有所述空心的电磁线圈、所述线圈背部轭铁和外壳的定子，所述转子与所述定子具有以所述转子的旋转轴为中心的同心圆筒形状，所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述转子与所述定子相对的圆筒面上，在从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向上投影所述永久磁铁时的所述外壳的投影区域中，设置有所述线圈背部轭铁，在所述外壳的投影区域外未设置所述线圈背部轭铁。

根据该应用例，能够抑制涡流产生，减小因涡流损耗造成的损耗。

[应用例11]在应用例10所述的无芯电动机械装置中，所述投影方向是以所述旋转轴为中心的放射方向。

[应用例12]在应用例10或应用例11所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁具有圆筒形状，所述圆筒形状是通过层叠穿孔圆盘而形成的。

根据该应用例，线圈背部轭铁是通过层叠穿孔圆盘而形成为圆筒状。涡流是沿着穿孔圆盘的表面生成的，因此能够减小涡流。

[应用例13]在应用例10或应用例11所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁具有圆筒形状，所述圆筒形状是通过将厚度比宽度小的板在厚度方向上卷绕成螺旋状而形成的。

根据该应用例，是将板卷绕成螺旋状而形成线圈背部轭铁，因此不需要将穿孔圆盘摆成圆筒形，成形和制造比较容易。

[应用例14]在应用例12或应用例13所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁在所述圆筒形状的所述电磁线圈侧的侧面上具有缺口部。

根据该应用例，线圈背部轭铁在电磁线圈侧的侧面上具有缺口部，因此可通过缺口部来抑制涡流。

[应用例15]在应用例14所述的无芯电动机械装置中，所述缺口部到达了所述圆筒形状的与所述电磁线圈相反侧的侧面。

根据该应用例，缺口部到达了圆筒形状的与所述电磁线圈相反侧的侧面，因此抑制涡流的效果出色。

[应用例16]在应用例6所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件和所述第2部件具有与所述第1部件的旋转轴垂直的第1圆盘形状和第2圆盘形状，所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述第1部件与所述第2部件相对的圆盘面上，所述磁性体部件配置在与所述旋转轴的轴向垂直的方向上的所述永久磁铁的端面上。

磁铁和电磁线圈可以排列在与旋转轴平行的方向上。

[应用例17]在应用例16所述的无芯电动机械装置中，配置所述磁传感器的位置处于从所述电磁线圈的线圈端部起与所述旋转轴平行地引出的直线上。

根据该应用例，磁传感器不会检测到因流过电磁线圈的电流引起的磁通变化。

[应用例18]在应用例1至应用例5以及应用例16、17中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件是具有所述永久磁铁的转子，所述第2部件是具有所述空心的电磁线圈、所述线圈背部轭铁和外壳的定子，所述转子和所述定子具有与所述转子的旋转轴垂直的第1圆盘形状和第2圆盘形状，所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述转子与所述定子相对的圆盘面上，在从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向上投影所述永久磁铁时的所述外壳的投影区域中，设置有所述线圈背部轭铁，在所述外壳的投影区域外未设置所述线圈背部轭铁。

根据该应用例，能够应用于所谓的轴向间隙型的电动机械装置。

[应用例19]在应用例18所述的无芯电动机械装置中，所述投影方向是与所述旋转轴平行的方向。

[应用例20]在应用例16至应用例19中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁具有穿孔圆盘形状，所述穿孔圆盘形状是通过将细长的平板卷绕成螺旋弹簧状而形成的。

根据该应用例，线圈背部轭铁的穿孔圆盘形状是通过将细长平板卷绕成螺旋弹簧状而形成的，因此能够抑制穿孔圆盘在放射方向上产生涡流。

[应用例21]在应用例20所述的无芯电动机械装置中，所述穿孔圆盘形状在所述电磁线圈侧的表面上具有缺口部。

根据该应用例，线圈背部轭铁具有缺口部，因此能够通过缺口部来抑制涡流。

[应用例22]在应用例21所述的无芯电动机械装置中，所述缺口部到达了所述穿孔圆盘形状的与所述电磁线圈相反侧的表面。

根据该应用例，缺口部到达了穿孔圆盘形状的与电磁线圈相反侧的表面，因此抑制涡流的效果出色。

[应用例23]在应用例1至应用例22中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁露出到外部空气中。

根据该应用例，即使线圈背部轭铁因涡流损耗而发热，也能够容易地进行散热。

[应用例24]在应用例1至应用例23中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述线圈背部轭铁含有5％重量百分比以上的硅。

根据该应用例，线圈背部轭铁包含5％重量百分比以上的硅，因此能够增大贯穿电磁线圈的磁通密度。

[应用例25]在应用例1至应用例5以及应用例9中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述第1部件具有在内部具有磁铁的棒状结构，所述第2部件具有在以所述第1部件为轴的环绕方向上卷绕的电磁线圈，且沿所述第1部件移动，所述线圈背部轭铁具有层叠结构，在该层叠结构中，具有与所述第2部件的移动方向平行的层。

根据该应用例，本发明不仅能够应用于旋转型的电机，还能够应用于直线电机、轴向电机。

[应用例26]在应用例6、7、16、17中任意一个应用例所述的无芯电动机械装置中，所述磁性体部件以如下方式设置在所述永久磁铁的移动方向的侧面上，所述方式是：在所述永久磁铁相对于所述电磁线圈进行相对移动时，使得所述磁传感器的输出波形成为与对所述电磁线圈中产生的反向电动势波形进行归一化后的波形同等的波形，所述磁传感器检测从所述磁性体部件泄漏的磁通，与所述磁传感器的输出波形对应地，对所述电磁线圈进行PWM驱动。

根据该应用例，磁传感器的输出波形与对电磁线圈产生的反向电动势波形进行归一化后的波形是同等的波形，因此能够高效地驱动无芯电机。

[应用例27]一种无芯电动机械装置，其具有：转子，其具有永久磁铁和磁性体部件；定子，其具有产生使所述转子旋转的力的有效线圈区域、和线圈端部区域，并且具有磁传感器，该磁传感器检测由空心的电磁线圈和所述永久磁铁产生的磁通的大小；线圈背部轭铁，其覆盖所述有效线圈区域而未覆盖所述线圈端部区域；以及外壳，其围着所述定子、转子以及所述线圈背部轭铁，所述磁传感器配置在由所述电磁线圈产生的磁通线的方向与所述磁传感器检测的磁通线的方向垂直地相交的位置处，所述磁性体部件配置在所述磁传感器与所述永久磁铁之间，所述有效线圈区域是从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈投影所述永久磁铁时的投影区域，所述线圈背部轭铁是层叠与所述转子的旋转方向平行的厚度为0.1mm以下的钢板件而形成的。

根据该应用例，能够抑制涡流产生，因此能够减小因涡流损耗造成的损耗，实现大转矩。

本发明可通过各种方式来实现，例如，除了电动机械装置以外，还可以通过电动机械装置中的磁传感器的配置方法等各种方式来实现。

附图说明

图1是示出第1实施例的无芯电机结构的说明图。

图2是示出电磁线圈的制造方法的说明图。

图3是示出用于将树脂填充到电磁线圈中的树脂填充装置的说明图。

图4是示出用树脂固定电磁线圈的工序的说明图。

图5是示出线圈背部轭铁115的结构的说明图。

图6是示出线圈背部轭铁115的另一结构例的说明图。

图7是示意性示出涡流测定的说明图。

图8是示出本实施例的涡流损耗的说明图。

图9是示出线圈背部轭铁115采用层叠结构时、穿孔圆盘115a的厚度与涡流损耗之间的关系的说明图。

图10是示出磁场分析模型的说明图。

图11是示出从永久磁铁表面到磁传感器的距离与磁通密度之间的关系的测定结果的说明图。

图12是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的特性进行比较的说明图。

图13是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与转速之间的关系进行比较的说明图。

图14是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与电流之间的关系进行比较的说明图。

图15是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与输入功率之间的关系进行比较的说明图。

图16是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与输出功率(功)之间的关系进行比较的说明图。

图17是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与效率(＝输出功率/输入功率)之间的关系进行比较的说明图。

图18是示出第2实施例的说明图。

图19是示出第3实施例的说明图。

图20是对本实施例与比较例的无芯电机的转矩特性进行比较的说明图。

图21是示意性示出第4实施例的无芯电机的结构的说明图。

图22是示意性示出中央部与电磁线圈之间的位置关系的说明图。

图23是示出电机的转速与涡流损耗之间的关系的曲线图。

图24是示出第4实施例中的磁铁和电磁线圈的磁通的说明图。

图25是示出现有例中的磁铁和电磁线圈的磁通的说明图。

图26是示出磁传感器的输出的说明图。

图27是示出第4实施例中的施加给线圈端部的洛伦兹力的说明图。

图28是示出现有例中的施加给线圈端部的洛伦兹力的说明图。

图29是说明施加给相对的线圈的线圈端部的洛伦兹力的方向的说明图。

图30是示出第5实施例的说明图。

图31是示出部分外壳和全部覆盖外壳的温度变化的说明图。

图32是示出第6实施例的轴向间隙型电机的结构的说明图。

图33是示出第7实施例的说明图。

图34是示出线圈背部轭铁115的制造方法的说明图。

图35是示出第8实施例的说明图。

图36是示出线圈背部轭铁的结构例的说明图。

图37是示出第9实施例中的电机转速与涡流损耗之间的关系的曲线图。

图38是示出第10实施例的说明图。

图39是示出第11实施例的说明图。

图40是示出第12实施例的说明图。

图41是示出第13实施例的说明图。

图42是示出第13实施例中的磁通的说明图。

图43是示意性示出第14实施例的无芯电机的结构的说明图。

图44是示出无芯电机的控制模块的一例的说明图。

图45是示出利用了本发明变形例的电机的投影仪的说明图。

图46是示出利用了本发明变形例的电机的燃料电池式移动电话的说明图。

图47是示出作为利用了本发明变形例的电机/发电机的移动体的一例的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。

图48是示出利用了本发明变形例的电机的机器人的一例的说明图。

图49是示出利用了本发明变形例的电机的铁路车辆的说明图。

符号说明

10：电机(无芯电机)；11：被测定电机；12：直线电机；13：轴向电机(shaftmotor)；15、15A、15B：定子；16：可动部；17：移动体；20：转子；21：固定部；100、100A、100B：电磁线圈；101A、101B、106A：线圈端部；102A：磁通；110：壳体；111：圆筒形状部分；112：圆盘形状部分；113：中央部(有效长度区域、圆筒形部件)；113BS、113BC：缺口部；115a：穿孔圆盘；115b：板；115C、115S：缺口部；115：线圈背部轭铁(coil backyoke)；116：线圈背部轭铁；117：线圈外壳；115BC、115BS：缺口部；150：板；151、151a、151b、151c、152：凸起；160：电刷；170：换向器(commuter)；200：永久磁铁；201：磁通线；202：磁铁背部轭铁；202A、207A：磁通；210：磁性体部件；230：旋转轴；240：轴承；241：轴承滚珠；260：螺旋弹簧；300、300A：磁传感器；301：检测方向；310：电路基板；510：导热性树脂；1000：控制装置；1030：编码器；1110：主控制部；1120：驱动控制电路；1130：PWM控制部；1140：桥接电路；1150：电流检测部；1160：计测值计算部；3100：投影仪；3110：光源；3140：液晶光阀；3150：分光合色棱镜(cross dichroic prism)；3160：投影镜头系统；3170：冷却风扇；3180：控制部；3200：移动电话；3220：风扇；3230：燃料电池；3300：自行车；3310：电机；3320：控制电路；3330：充电电池；3400：机器人；3410：第1臂；3420：第2臂；3430：电机；3500：铁路车辆；3510：电机；3520：车轮。

具体实施方式

[第1实施例]

图1是示出第1实施例的无芯电机的结构的说明图。图1(A)是用与旋转轴平行的面剖切无芯电机10后的剖面，图1(B)是用与旋转轴垂直的面剖切无芯电机10后的剖面。无芯电机10是径向间隙构造的内转子型电机。在该无芯电机10中，在外侧配置有定子15。在定子15的内侧，形成了大致圆筒状的空间，在该大致圆筒状的空间中，配置有大致圆筒状的转子20。

定子15具有电磁线圈100、壳体110和线圈背部轭铁115。转子20具有旋转轴230和多个永久磁铁200。旋转轴230是转子20的中心轴，在旋转轴230的外周配置有永久磁铁200。永久磁铁200沿着从旋转轴230的中心朝向外部的径向(放射方向)被磁化。在与永久磁铁200的旋转轴230平行的方向上的两侧，配置有侧部轭铁210。侧部轭铁210由磁性体材料形成，抑制在与永久磁铁200的旋转轴230平行的方向上的磁通泄漏。旋转轴230由壳体110的轴承240支承。

壳体110的内侧为大致圆筒形的空间，沿着其内周配置有多个电磁线圈100。另外，在本实施例中，电磁线圈100具有配置在内侧的电磁线圈100A和配置在外侧的电磁线圈100B。另外，在本实施例中，在不需要区分电磁线圈100A和电磁线圈100B的情况下，仅称作“电磁线圈100”。电磁线圈100是无芯(空心)的。此外，电磁线圈100与永久磁铁200相对地配置在转子20与定子15相对的圆筒面上。这里，电磁线圈100在与旋转轴230平行的方向上的长度比永久磁铁200在与旋转轴230平行的方向上的长度长。即，当从永久磁铁200向放射方向进行投影时，电磁线圈100的一部分露出到投影区域之外。将电磁线圈100中的、该露出的部分称作“线圈端部”。这里，在将电磁线圈100划分为线圈端部和线圈端部以外的部分时，由流过线圈端部的电流产生的力的方向为与转子20的旋转方向不同的方向(与旋转轴230平行的方向)，由流过线圈端部以外的部分的电流产生的力的方向是与转子20的旋转方向大致相同的方向。另外，两个线圈端部夹着线圈端部以外的部分，两者所产生的力彼此为相反方向，因此，作为施加给整个电磁线圈100的力，两者彼此抵消。在本实施例中，将不与线圈端部重叠的区域称作“有效线圈区域”，将与线圈端部重叠的区域称作“有效线圈区域外”。在电磁线圈100的放射方向上的外侧的、与有效线圈区域重叠的部分中，设置有线圈背部轭铁115。另外，线圈背部轭铁115优选为不与有效线圈区域外重叠。当线圈背部轭铁115与有效线圈区域外重叠时，在线圈背部轭铁115的与有效线圈区域外重叠的部分中，将产生涡流损耗(铁损)，从而无芯电机10的效率降低，难以实现大转矩。

壳体110具有：与旋转轴230平行的圆筒形状部分(侧面部)111；以及配置在圆筒形状部分111的两端的、与旋转轴230垂直的圆盘形状部分(端面部)112。两个圆盘形状部分112夹着圆筒形状部分111而配置，两个圆盘形状部分112与圆筒形状部分111通过安装螺钉120而固定。圆筒形状部分111与有效线圈区域重叠。圆筒形状部分111可以由导热性高的材料形成，以释放在线圈背部轭铁115中产生的热量。圆盘形状部分112由树脂形成。

图2是示出电磁线圈的制造方法的说明图。在本实施例中，作为电磁线圈100，使用了用树脂将多个电磁线圈固定而成形为圆筒形的线圈。各电磁线圈将圆筒侧面的法线方向作为轴向而绕着该轴卷绕。在图2(A)所示的工序中，制备在正面、背面具有带状凹凸的板150。板150由树脂形成，例如可通过注射成形来制造。板150在正面具有凸起151，在背面具有凸起152。凸起151与凸起152交替地配置。此外，正面的两端部为比凸起151的宽度窄的凸起151a、151b。另外，凸起151a、151b的宽度之和与其他凸起151的宽度相同。只要凸起151a、151b的宽度之和与其他凸起151的宽度相同，则凸起151a、151b各自的宽度既可以相同也可以不同。此外，如图2(B)所示，正面的凸起151的顶部可以是隆起的，且背面的凸起152的顶部可以是凹陷的。可根据从板150的凸起151a到凸起151b的长度、以及凸起151、152的高度来确定凸起151顶部的隆起的曲率及凸起152的凹陷的曲率。

在图2(B)所示的工序中，绕着背面的各个凸起152卷绕导体而形成电磁线圈100A(内相线圈)。在图2(C)所示的工序中，以使电磁线圈100A位于内侧的方式，将板150弯曲成圆筒形。此时，弯曲成使得正面的两个凸起151a、151b结合成一个凸起151c。结合后的凸起151c的大小与其他凸起151的大小相同。此外，在正面的凸起151的顶部隆起、且背面的凸起152的顶部凹陷的情况下，将各个顶部平滑地连接的面为平滑的圆筒形的侧面。如果是平滑的圆筒形的侧面，则在后面的工序中用树脂对板150以及电磁线圈100A、100B进行固定时，不容易产生阶梯。在图2(D)所示的工序中，绕着从板150形成的圆筒的外侧表面的各个凸起151卷绕导体，形成电磁线圈100B(外相线圈)。在图2(E)所示的工序中，在圆筒的内侧与外侧的凹凸之间填充树脂500，使圆筒的内侧、外侧变得平滑。

图3是示出用于将树脂填充到电磁线圈中的树脂填充装置的说明图。图3(A)是从下方观察树脂填充装置400的图，图3(B)是横向观察树脂填充装置400的图。树脂填充装置400具有底部401、芯部402、外壁403、上盖404以及树脂填充管405。在图3(A)中，省略了树脂填充管405的图示。底部401具有大致圆盘形状的底部401a和圆筒形的侧壁部401b。上盖404也同样具有底部404a和圆筒形的侧壁部404b。侧壁部401b或侧壁部404b的内径与电磁线圈100的圆筒外径大致相同。芯部402为圆柱形状。芯部402的侧面的曲率可以与图2所示的凸起152的顶部的凹陷曲率相同。此外，芯部402的内部可以是中空结构和填充结构中的任意一种。外壁403的内侧面为圆筒形状。在本实施例中，电磁线圈100与线圈背部轭铁115是一体成形的，因此，芯部402的侧面与外壁403的内侧面之间的间隔比圆筒形状的板150的凸起151与凸起152的高度之和略大。另外，在仅成形电磁线圈100的情况下，芯部402的侧面与外壁403的内侧面之间的间隔可以大致为圆筒形状的板150的凸起151的高度的两倍。树脂填充管405与上盖404连接，其连接位置位于芯部402的侧面与外壁的内侧面之间。在由底部401、芯部402、外壁403以及上盖404形成的空间中，配置着在图2(D)中形成的变形为圆筒形的、卷绕有线圈100A及100B的板150。此时，可以同时配置线圈背部轭铁115。通过一边对底部401与上盖404之间进行加压、一边从树脂填充管405向该空间中注入树脂，来形成用树脂固定后的圆筒形的电磁线圈100。

图4是示出用树脂将电磁线圈固定起来的工序的说明图。另外，在本实施例中，也可以同时用树脂来固定线圈背部轭铁115。在图4(A)所示的工序中，在底部401上，在底部401的中央配置芯部402。接着，配置图2(D)的工序中形成的、卷绕有线圈100A及100B的变形为圆筒形的板150。此时，将板150配置成，使得芯部402收纳在圆筒形的板150的内侧。在图4(B)所示的工序中，在圆筒形的板150的外侧配置线圈背部轭铁115。线圈背部轭铁115被配置成搭载在底部401的侧壁部401b上。并且，线圈背部轭铁115的圆筒长度方向的中心与板150的圆筒的长度方向的中心位置大致相同。因此，优选底部401的侧壁部401b的高度是板150的圆筒长度与线圈背部轭铁115的圆筒长度之差的一半。

在图4(C)所示的工序中，在线圈背部轭铁115的外侧以载置于侧壁部401b上的方式配置外壁403。优选外壁403的长度与线圈背部轭铁115的长度大致相同。在图4(D)所示的工序中，配置上盖404。另外，在上盖404上，连接着树脂填充管405。在图4(E)所示的工序中，一边在上盖404与底部401之间进行加压，一边从树脂填充管405中填充树脂。

图5是示出线圈背部轭铁115的结构的说明图。线圈背部轭铁115具有多个穿孔圆盘115a。穿孔圆盘115a层叠成圆筒形，从而形成线圈背部轭铁115。各个穿孔圆盘115a可通过在钢板材料的平板上进行冲孔而容易地制造。与密实(無垢)的情况相比，相邻的穿孔圆盘115a之间呈现高阻或是绝缘的，因此，增大了降低涡流损耗的效果。

图6是示出线圈背部轭铁115的另一结构例的说明图。线圈背部轭铁115是通过将厚度比宽度小的板115b在厚度方向上卷绕成螺旋状而形成的。在将板115b卷绕成螺旋状的情况下，部件为一个，不需要将穿孔圆盘115a摆成圆筒形，因此线圈背部轭铁115的成形和制造比较容易。

图7是示意性示出涡流测定的说明图。被测定电机11具有永久磁铁200、旋转轴230和线圈背部轭铁115。旋转轴230通过联轴器310与驱动电机300连接。在本实施例中，通过驱动电机300来驱动被测定电机11，测定驱动电机的驱动电压、电流、以及在被测定电机11中产生的反向电动势电压和反向电动势电流，使用它们的测定结果取得被测定电机11的涡流损耗。在本实施例中，作为线圈背部轭铁115的结构，例如采用密实结构、或重叠多个板厚不同的穿孔圆盘115a而成的层叠结构，测定反向电动势电压和反向电动势电流，并使用它们的测定结果取得涡流损耗特性。

图8是示出本实施例的涡流损耗的说明图。这里，对线圈背部轭铁115的结构是穿孔圆盘115a的层叠结构的情况与线圈背部轭铁115不是穿孔圆盘115a的层叠结构、而是一体结构的情况进行比较。与线圈背部轭铁115为一体的情况相比，线圈背部轭铁115具有层叠结构时(参照图6)的涡流损耗小。

图9是示出线圈背部轭铁115采用了层叠结构时、穿孔圆盘115a的厚度与涡流损耗之间的关系的说明图。结果是，穿孔圆盘115a的厚度越薄，涡流损耗越小。这里，作为板厚为0.1mm时的材料，使用了JFE钢铁股份有限公司(JFEスチ一ル株式会社)的JNEX铁芯(JNEX core)。图9(A)示出了转速-涡流损耗特性，图9(B)中揭示了JNEX铁芯的数据。在图9(B)中，还揭示了JFE钢铁股份有限公司的另一种材料JNHF铁芯的数据。JNEX铁芯在整个钢板件的区域中含有6.5％的Si，JNHF铁芯在钢板件的两面区域的各自25％的部分中含有6.5％的Si，在钢板件的除两面区域以外的中心部的50％的部分中，不含有Si。另外，对于一般的硅钢板(Si含有率为3.5％)，难以将板厚减小至0.1mm。在针对该JNHF铁芯也同样求取涡流的情况下，虽然在图9(A)中未作图示，但此时的涡流比为JNEX铁芯时的涡流小，从而得到了与JNEX铁芯的反向电动势电压同等以上的结果。

上述结果是基于以下原因得到的。涡流是在与旋转的永久磁铁200的磁通的移动方向垂直的方向、即与由两个穿孔圆盘115a的边界形成的面垂直的方向上产生的。因此，重叠薄的穿孔圆盘115a而形成线圈背部轭铁115的结构、即层叠结构能够减小在线圈背部轭铁115中流过的涡流，能够减小涡流损耗。此外，穿孔圆盘115a的层叠数量越多、即穿孔圆盘115a越薄，越能够减小涡流。另外，还可以在相邻的穿孔圆盘115a之间插入绝缘物。这样，在相邻的穿孔圆盘115a中，涡流更加难以移动。

图10是示出磁场分析模型的说明图。图10(A)是从与旋转轴230的方向垂直的方向(x方向)观察的图，图10(B)是从旋转轴230的方向(z方向)观察的图。在该模型中，具有6个永久磁铁200、旋转轴230、磁传感器300以及线圈背部轭铁115。永久磁铁200绕着旋转轴230配置，磁化方向是以旋转轴230为中心的放射方向。线圈背部轭铁115具有大致呈圆筒的形状，且与永久磁铁200隔开一定间隔地配置。因此，为了计测设置有电磁线圈100的空间区域的磁通密度，利用由霍尔元件构成的磁传感器300来观测与从永久磁铁200的外周表面到线圈背部轭铁115之间的距离(L1)对应的磁通密度。

图11是示出从永久磁铁表面到磁传感器的距离与磁通密度之间的关系的测定结果的说明图。在本实施例中，作为线圈背部轭铁115的材料，使用JFE钢铁股份有限公司的JNEX铁芯(含有6.5％的Si)、高导磁铁镍合金(permalloy)(Fe-Ni)和硅钢板(含有3.5％的Si)而进行了比较。与在线圈背部轭铁115的材料中使用了高导磁铁镍合金、或使用了硅钢板的情况相比，在线圈背部轭铁115的材料中使用了JNEX铁芯的情况下能够得到更大的磁通密度。该结果是基于以下原因而得到的：对于导磁率而言，高导磁铁镍合金超过了JFE钢铁股份有限公司的JNEX铁芯，但是对于饱和磁通密度而言，JFE钢铁股份有限公司的JNEX铁芯更好。此外，JNEX铁芯是整个钢板内部具有均匀的6.5的硅成分的高硅钢板，与以往的硅钢板相比，硅含有率更大。如果考虑磁通密度的测定结果和硅含有率，则认为硅含有率高，能够增大磁通密度。此外，在从硅钢板和JNEX铁芯的Si含有率的方面考虑时，可推测出，为了超过高导磁铁镍合金的磁通密度，Si含有率只要在5％以上即可。

在本实施例中测定的磁通密度的测定空间内，在实际的电机10中配置有电磁线圈100，永久磁铁200与电磁线圈100根据“弗莱明(Fleming)左手法则”产生旋转运动。因此，通过将线圈背部轭铁115的材料从高导磁铁镍合金变更为JFE钢铁股份有限公司的JNEX铁芯、或JNHF铁芯，能够提高磁通密度，从而能够提高电机10的性能(转矩、效率)。此外，JFE钢铁股份有限公司的JNEX铁芯、JNHF铁芯能够使得材料厚度形成为0.1[mm]这样的非常薄的程度。因此，如上所述，能够大幅减小因电机10的永久磁铁200的旋转而产生的涡流损耗。

图12是对本实施例的无芯电机与比较例的同体积的有芯电机的特性进行比较的说明图。在电机额定转矩特性(转速3000rpm、转矩300mNm)中，比较例的温度上升为65℃，与此相对，本实施例的无芯电机的温度上升为55℃，本实施例的温度上升小，即散热小。这是因为，根据本实施例，通过线圈背部轭铁115使转子侧的磁铁200的磁通集中，因此有效线圈区域中的磁通密度上升，因此，流向电磁线圈100的电流减少，由电磁线圈100造成的铜损减小，其结果，对于因转子侧的永久磁铁200进行旋转的磁场而在线圈背部轭铁115中产生的涡流损耗，通过不产生涡流损耗的线圈背部轭铁结构来减小发热。此外，由无芯电机的线圈背部轭铁115实现的效果大幅超过了有芯电机，即：启动转矩为有芯电机的136％，瞬间最大转矩(在以6000rpm进行恒定的旋转控制、且在3秒内使负荷转矩上升从而无法保持6000rpm时的转矩)为有芯电机的139％。对于以往的无芯电机(不具有线圈背部轭铁)，与有芯电机相比，在同体积的比较下，目前只能得到40％以下左右的转矩。但是，在本实施例的结果中，能够得到有芯电机以上的特性效果。这对于电机领域而言，超越了无芯电机特性的常识，对于向铁损(磁滞损耗、涡流损耗)零化的发展具有非常重要的意义。

图13是对本实施例的无芯电机与比较例的同体积的有芯电机的、转矩与转速之间的关系进行比较的说明图。这里，实线为本实施例，虚线为比较例(以下在图14～17中相同)。本实施例与比较例的无负载转速大致相同，但是本实施例能够得到更大的启动转矩。图14是对本实施例的无芯电机与比较例的有芯电机的、转矩与电流之间的关系进行比较的说明图。在为相同转矩时，与比较例相比，本实施例只要较小的电流即可，在为相同电流时，与比较例相比，本实施例能够得到更大的转矩。

图15是对本实施例的无芯电机与比较例的同体积的有芯电机的、转矩与输入功率之间的关系进行比较的说明图。在要得到相同转矩时，与比较例相比，本实施例只要较小的输入功率即可，在为相同的输入功率时，本实施例能够得到更大的转矩。图16是对本实施例的无芯电机和比较例的有芯电机的、转矩与输出功率(功)之间的关系进行比较的说明图。图17是对本实施例的无芯电机和比较例的同体积的有芯电机的、转矩与效率(＝输出功率/输入功率)之间的关系进行比较的说明图。在为相同转矩时，与比较例相比，本实施例的效率高。根据以上情况可以说：本实施例的电机(无芯电机)与比较例的有芯电机相比，能够以更高的转矩进行运转，能够实现更高的性能。

以上，根据第1实施例，在与有效线圈区域重叠的部分中配置线圈背部轭铁115，并且使线圈背部轭铁115的圆筒形部件113具有层叠结构，由此，能够减小线圈背部轭铁115中产生的涡流损耗。而且，由于涡流损耗属于一种损耗，因此，通过减小涡流损耗能够实现高转矩。在线圈背部轭铁115中产生的涡流的方向是与转子20的旋转方向垂直的方向。因此优选的是，构成线圈背部轭铁115的穿孔圆盘115a与转子20的旋转方向平行，即具有与转子20的旋转方向平行的层结构。通过采用该结构，不容易引起涡流流动，结果是不容易产生涡流损耗。

在本实施例中，线圈背部轭铁115覆盖有效线圈区域而未覆盖线圈端部。因此，不容易受到因流过线圈端部的电流变化引起的磁通变化的影响，能够抑制因该磁通变化而产生涡流。此外，如果将永久磁铁200配置成使得永久磁铁200的磁通投影区域与有效线圈区域一致，则还能够抑制因随线圈端部中的永久磁铁200的旋转的磁通变化引起的涡流。

[第2实施例]

图18是示出第2实施例的无芯电机的说明图。图18(A)是用与旋转轴平行的面剖切无芯电机10后的剖面，图18(B)是用与旋转轴垂直的面剖切无芯电机10后的剖面。该无芯电机10是在外侧配置大致圆筒状的定子15、在内侧配置大致圆筒状的转子20的内转子型电机。定子15具有沿着壳体110的内周排列的多个电磁线圈100A、100B。此外，采用这样的图进行说明，即：在该图中，电磁线圈100A、100B为二相，省略了包含线圈端部在内的实际配置，而在原理上进行了模拟。另外，也将电磁线圈100A、100B统称为电磁线圈100。在定子15中，还在电磁线圈100的各相中各自配置有作为检测转子20的相位的位置传感器的磁传感器300(图18(A))。磁传感器300固定在电路基板310上，电路基板310固定在壳体110上。壳体110由树脂形成。另外，壳体110可以具有由含有软磁性粉末材料的树脂覆盖的结构，作为软磁性材料的线圈背部轭铁。此外，也可以在壳体110与电磁线圈100之间设置软磁性材料的线圈背部轭铁。

转子20在其外周具有6个永久磁铁200，并在转子20的中心设置有旋转轴230。该旋转轴230由壳体110的轴承240支承。各永久磁铁200沿着从旋转轴230的中心朝向外部的径向(放射方向)被磁化。另外，在该例中，在壳体110的内侧设置有螺旋弹簧260，通过由该螺旋弹簧260向图的左侧按压永久磁铁200，来进行永久磁铁200的定位。不过，螺旋弹簧260可以省略。

第2实施例与第1实施例相比，不同点在于在壳体110中不具有圆筒形状部分111。而且，第2实施例中的线圈背部轭铁115突出到壳体110之外。线圈背部轭铁115的结构与第1实施例相同。而且，在突出的线圈背部轭铁115的外侧，形成有导热性树脂510。在第2实施例的结构中，也能够减小线圈背部轭铁115中产生的涡流，提高无芯电机的效率。此外，在第2实施例中，线圈背部轭铁115突出到壳体110之外，因此，即使因涡流损耗而产生发热，也容易进行散热。此外，在本实施例中，在线圈背部轭铁115的外侧具有导热性树脂510，该导热性树脂510兼具有电镀涂装等(膜厚为20μm以下)的非传导性(耐电压＝1.2kv以上)，因此，能够通过导热性树脂510使得因涡流损耗产生的热量容易地进行散热。

[第3实施例]

图19是示出第3实施例的说明图。第3实施例是无芯电刷电机。在第1、第2实施例中，电磁线圈100设置在定子15上，电磁线圈100设置在转子20上。与此相对，在第3实施例中，电磁线圈100设置在转子20上，永久磁铁200设置在定子15上。即，在第1、第2实施例中，永久磁铁是旋转的，而在第3实施例中，电磁线圈100是旋转的。在第3实施例中，具有用于改变在旋转的电磁线圈100中流过的电流的方向的换向器170、以及与换向器170接触的电刷160。在电磁线圈100的与永久磁铁200相反的一侧，设置有线圈背部轭铁115。

图20是对本实施例与比较例的无芯电机的转矩特性进行比较的说明图。本实施例与比较例A～D都使用了钕作为永久磁铁200的磁铁材料。最大连续转矩超过300mNm的情况只有比较例D和本实施例能够实现。此外，在实现了最大连续转矩超过300mNm的情况下，在比较例D中，相对于最大连续转矩323mNm，输出需要250W这样的大输出，与此相对，在本实施例中，相对于更大的360mNm的最大连续转矩，输出只要为113W即可。在本实施例中，能够以较小的输出、即更小的功耗来实现更高的转矩。此外，本实施例的电机与比较例A、C同样是小型的。一般而言，在小型的电机中，难以增大转矩。但是，本实施例的电机尽管是小型的，但仍然能够实现高转矩。即，根据本实施例，能够实现小型低功耗且高转矩的电机。从图20中还能够判断出，无芯电机中的最大连续转矩特性是由电机的发热(消耗电流＝铜损)和外壳尺寸(体积)决定的。可以说，该外壳尺寸(体积)的值小、且最大连续转矩大的方式就是如何减小本申请的无芯电机的消耗电流(铜损)的方式。

[第4实施例]

图21是示意性示出第4实施例的无芯电机的结构的说明图。图21(A)是用与旋转轴平行的面剖切无芯电机10后的剖面，图21(B)是用与旋转轴垂直的面(21B-21B剖切面)剖切无芯电机后的剖面。

无芯电机10是在外侧配置大致圆筒状的定子15、在内侧配置大致圆筒状的转子20的径向间隙构造的内转子型电机。定子15具有沿着壳体110的内周排列的多个电磁线圈100A、100B。电磁线圈100A、100B是无芯(空心)的。另外，也将电磁线圈100A、100B统称为电磁线圈100。在定子15中，在电磁线圈100的各相中各自配置有作为检测转子20的相位的位置传感器的磁传感器300(图21(A))。磁传感器300固定在电路基板310上，电路基板310固定在壳体110上。

转子20在中心具有旋转轴230，在外周具有6个永久磁铁200。各永久磁铁200沿着从旋转轴230的中心朝向外部的径向(放射方向)被磁化。并且，永久磁铁200与电磁线圈100相对地配置在转子20与定子15相对的圆筒面上。

旋转轴230由壳体110的轴承240支承，轴承240具有轴承滚珠241。在本实施例中，在壳体110的内侧具有螺旋弹簧260。通过使该螺旋弹簧260向图的左侧按压永久磁铁200，来进行永久磁铁200的定位。不过，螺旋弹簧260可以省略。

壳体110由以下部分构成：与旋转轴230平行的圆筒形状部分(侧面部)111；以及配置在圆筒形状部分111的两端的、与旋转轴230垂直的圆盘形状部分(端面部)112。圆筒形状部分111和圆盘形状部分112由树脂形成。圆筒形状部分111的中央部113由磁性体部件形成。中央部113是壳体110中的、在从永久磁铁200朝向电磁线圈100的方向上投影永久磁铁200时的投影到壳体110的区域。另外，还将中央部113称作“有效长度区域113”。此外，由于中央部113为圆筒形状，因此还称作“圆筒形部件113”。可以由磁性体部件构成有效长度区域113，使其作为线圈背部轭铁发挥功能，从而使磁通线201集中到有效长度区域113。此时，磁通线201仅容易通过电磁线圈100的有效线圈区域，能够提高无芯电机10的效率。另外，该有效长度区域113与第1实施例中示出的有效线圈区域大致重叠。

此外，有效长度区域113露出到无芯电机10的外部。并且，有效长度区域113在为磁性体部件的同时，还可以是导电性部件。有效长度区域113作为线圈背部轭铁发挥功能，因此来自永久磁铁200的磁通线201通过电磁线圈100的内侧，容易贯穿有效长度区域113。这里，当转子20旋转时，永久磁铁200也旋转。由此，贯穿有效长度区域113的磁通发生变化，在阻碍磁通变化的方向上产生会生成磁通的电流、即涡流。当涡流流过时，产生功率损耗(涡流损耗)，并作为热量而放出。在本实施例中，有效长度区域113露出到无芯电机10的外部，因此，即使产生因涡流损耗引起的热量，也能够容易地将该热量排出到无芯电机10的外部，抑制热量留在无芯电机10内部的状况。另外，作为构成有效长度区域113的材料，可以用铝材料等导热系数大且具有散热效果的材料进行覆盖。由此，能够进一步提高散热效果，实现高转矩化。另外，有效长度区域113也可以与第1实施例的线圈背部轭铁115同样，具有层叠穿孔圆盘而成的结构(参照图5)、或螺旋地卷绕细长板而成的结构(参照图6)。此外，如果利用作为高导磁率的磁性体而受到关注的金属玻璃，则能够将厚度减小至0.025mm，因此能够进一步减小涡流损耗。

图22是示意性示出中央部与电磁线圈的位置关系的说明图。中央部113(有效长度区域113)与圆盘形状部分112处的两个线圈端部101A、101B之间的区域重叠。在图21的说明中，将有效长度区域113的范围(有效长度区域)确定为在放射方向上投影永久磁铁200的区域，不过，也可以像这样地利用与两个线圈端部101A、101B的关系来确定有效长度区域113的范围。此外，也可以将有效长度区域113设为在放射方向上投影永久磁铁200的区域。

在本实施例中，在与两个线圈端部101A、101B的关系上，将有效长度区域113设为与两个线圈端部101A、101B之间的区域重叠的区域，不过，有效长度区域113也可以具有与两个线圈端部101A、101B重叠的部分。

图23是示出电机的转速与涡流损耗之间的关系的曲线图。使用图7所示的方法来执行涡流损耗的测定。另外，在图7中使用了线圈背部轭铁115，而图23的结果则是使用圆筒形部件113来替代图7的线圈背部轭铁115时的结果。这里，线X示出了圆筒形部件113为不具有层叠结构的密实结构时的特性。线Y、Z示出了圆筒形部件113具有层叠了多个穿孔圆盘的层叠结构时的特性。这里，线Y示出了穿孔圆盘(参照图5)的厚度为0.5mm时的情况，线Z示出了穿孔圆盘的厚度为0.1mm时的情况。与圆筒形部件113为密实结构时相比，圆筒形部件113具有层叠结构时涡流损耗小。此外，穿孔圆盘的厚度薄时，涡流损耗小。其原因与关于第1实施例中的线圈背部轭铁115的原因相同。

图24是示出第4实施例中的永久磁铁和电磁线圈的磁通的说明图。图24(B)、(C)是将图24(A)的X部分放大后的图。在图24(A)中，省略了螺旋弹簧260。在图24(B)与(C)中，永久磁铁200的磁力方向以及在电磁线圈100中流过的电流的方向是不同的。在第4实施例中，磁传感器300配置在从电磁线圈100的线圈端部101朝向旋转轴230侧向下引出的垂线上。在永久磁铁200与磁传感器300之间设置有磁性体部件210。该磁性体部件210例如可由软磁性体构成。磁性体部件210容易让磁通通过，因此，如果从永久磁铁200发出的磁通线的数量相同，则因通过磁性体部件210，从而到达比磁性体部件210更靠外侧的磁通线202A、202B的数量将减少相应的量。其结果，即使磁传感器300与永久磁铁200接近地配置，磁传感器300的输出也不容易达到饱和。

磁传感器300的磁通检测方向301是沿着从旋转轴230的中心朝向外侧的径向的方向。并且，该检测方向301是与由流过线圈端部101的电流产生的磁通102A、102B相交成直角的方向。因此，即使在电磁线圈100中流过的电流大小发生变化、从而磁通线102A、102B的数量发生变化，磁传感器300的输出也不会发生变化。

图25是示出比较例中的永久磁铁和电磁线圈的磁通的说明图。在比较例中，在永久磁铁200与磁传感器300之间没有设置磁性体部件210。因此，与图24所示的磁场相比，永久磁铁200的磁场扩展到更远方。为了使输出不发生饱和，磁传感器300被配置在与永久磁铁200进一步相离的位置处。该位置从如下的垂线上向图左侧偏移，所述垂线是从线圈端部101向旋转轴230侧引出垂线时的垂线。在该位置处，磁传感器300的磁通检测方向301与由流过线圈端部101的电流产生的磁通102A、102B的方向不相交成直角。因此，当流过线圈端部101的电流发生变化、从而磁通线102A、102B的数量变化时，有可能受到其影响而导致磁传感器300的输出产生失真。

图26是示出磁传感器的输出的说明图。图26(A)示出了轻负载(小电流)时磁传感器300的输出。在该状态下，在输出中不产生失真。图26(B)示出了重负载(大电流时)磁传感器300的输出。在该状态下，在磁传感器300的输出中产生了失真。图26(C)示出了将图25的磁传感器300的位置设置在从电磁线圈100的线圈端部101向旋转轴230侧引出垂线时的垂线上的情况下、磁传感器300的输出。另外，没有配置磁性体部件210。在该状态下，磁传感器300的输出发生饱和。图26(D)示出了图24所示的实施例中的磁传感器的输出。在本实施例中，在磁传感器300与永久磁铁200之间设置有磁性体部件，因此即使在重负载时，磁传感器300的输出也不发生饱和。此外，由于磁传感器300设置在线圈端部101的正下方的位置处，因此，展现出磁传感器300的输出未产生失真的正常波形。另外，优选的是，将磁性体部件210的厚度设为以下厚度，即：在该厚度下，在将磁传感器300配置在线圈端部101的正下方的位置处时，展现出磁传感器300的输出未产生失真的正常波形。该厚度取决于永久磁铁200的磁场强度。

此外，优选的是：在永久磁铁200的移动方向的侧面上设置磁性体部件210，使得当永久磁铁200相对于电磁线圈100进行相对移动时，磁传感器300的输出波形成为与对电磁线圈100中产生的反向电动势波形(振幅为-V～+V的正弦波)进行归一化后的波形(振幅为0～+V的正弦波)同等的波形，磁传感器300检测从磁性体部件210泄漏的永久磁铁200的磁通，与磁传感器300的输出波形对应地对电磁线圈100进行PWM驱动。在PWM驱动中，当以与反向电动势波形同等的波形驱动电磁线圈时，效率良好。根据该实施例，磁传感器300的输出波形是与对电磁线圈100中产生的反向电动势波形(振幅为-V～+V的正弦波)进行归一化后的波形(振幅为0～+V的正弦波)同等的波形，因此能够高效地驱动无芯电机。

如上所述，在比较例的情况下，存在如下问题：当为了使磁传感器300的输出不产生失真而将磁传感器300配置在线圈端部101的正下方时，输出将发生饱和，另一方面，当为了使输出不发生饱和而将磁传感器300配置在远离永久磁铁200的位置处时，在输出中将产生失真。但是，通过像本实施例这样，将磁传感器300配置在由电磁线圈100产生的磁通的方向与磁传感器300检测的磁通的方向垂直地相交的位置处，并在磁传感器300与永久磁铁200之间配置磁性体部件，由此，既不会在磁传感器300的输出中产生失真，又能够抑制饱和的产生。

图27是示出第4实施例中的施加给线圈端部的洛伦兹力的说明图。图27(A)示出了在电磁线圈100侧存在永久磁铁200的N极的情况，图27(B)示出了在电磁线圈100侧存在永久磁铁200的S极的情况。另外，在图27(A)与图27(B)中，在电磁线圈100中流过的电流的方向也是相反的。线圈端部101从永久磁铁200受到的洛伦兹力的大小用F1＝I×B1来表示。这里，I是流过线圈端部101的电流的大小，B1是线圈端部101中的由永久磁铁200产生的磁通密度。此外，虽然磁传感器300的安装状态是与电路基板相离而悬浮的状态，但是，由于会受到所述线圈端部101的力F1的影响，所以优选的是，利用树脂、铸型材料等来固定磁传感器300。

图28是示出比较例中的施加给线圈端部的洛伦兹力的说明图。图28(A)示出了在电磁线圈100侧存在永久磁铁200的N极的情况，图28(B)示出了在电磁线圈100侧存在永久磁铁200的S极的情况。同样，线圈端部101从永久磁铁200受到的洛伦兹力的大小用F2＝I×B2来表示。这里，在现有例中，由于不存在磁性体部件210，因此线圈端部101中的磁通密度B2比图26所示的情况大。因此，F1＜F2，在具有磁性体部件210的第4实施例中，施加给线圈端部101的洛伦兹力小。

图29是说明施加给相对的线圈的线圈端部的洛伦兹力的方向的说明图。图29(A)是从线圈端部侧观察第4实施例时的说明图，图29(B)是从图29(A)的右侧观察第4实施例时的说明图。处于图29(B)的上部的永久磁铁200的磁通线202A的方向朝向左侧，在线圈端部101A中流过的电流的方向为从近前侧朝向里侧，因此施加给线圈端部101A的洛伦兹力为从旋转轴230的中心朝向外侧的方向。另一方面，处于图29(B)的下部的永久磁铁205的磁通线207A的方向朝向右侧，在线圈端部106A中流过的电流的方向为从里侧朝向近前侧，因此施加给线圈端部106A的洛伦兹力为从外侧朝向旋转轴230的中心的方向。线圈端部101A与106A是相对的，因此施加给线圈端部101A的洛伦兹力与施加给线圈端部106A的洛伦兹力为相同方向。转子20分别从线圈端部101A、106A受到与洛伦兹力相反方向的力。此时，从线圈端部101A、106A受到的力为相同方向，因此不会彼此抵消。由此，使转子20振动的力起作用。图29(C)是从线圈端部侧观察比较例时的说明图，图29(D)是从图29(C)的右侧观察比较例时的说明图。与图29(A)、(B)所示的本实施例中的力F的大小不同。

另外，在图29(A)、(B)所示的第4实施例与图29(C)、(D)所示的现有例中，转子20从线圈端部101A、106A受到的力的方向相同。但是，在第4实施例中，由于具有磁性体部件210，因此线圈端部中的磁通线202A、207A的数量少。由此，在第4实施例中，转子20不容易振动。即，通过具有磁性体部件210，能够抑制转子20的振动。另外，以夹着永久磁铁200的方式存在3组电磁线圈100，各个组中产生的洛伦兹力F、F2、F3的方向依次相差120度。这里，理想情况是洛伦兹力F、F2、F3的方向相同，而在实际的电机中会略有差异，从而可能成为致使转子20振动的原因。

另外，在本实施例中，是使用内转子型的电机进行了说明，但是也可以是外转子型的电机。

[第5实施例]

图30是示出第5实施例的说明图。在第5实施例中，作为外壳110的材料，使用了导热性优异的铝、铝合金。在图30(A)所示的实施例中，示出了外壳110中的不与有效长度区域113重叠的部分是由铝或铝合金形成的部分外壳，在图30(B)所示的例子中，示出了包含有效长度区域113在内的全部区域均是由铝或铝合金形成的全部覆盖外壳。

图31是示出部分外壳和全部覆盖外壳的温度变化的说明图。从图31可知，与部分外壳相比，全部覆盖外壳的温度不容易上升。关于此分析如下。在为部分外壳(图30(A))的情况下，在层叠的钢板件之间形成有绝缘膜，因此热量难以在钢板的层叠方向上传递。由此，在有效长度区域113中产生的热量难以传递到圆盘形状部分112。另一方面，在为全部覆盖外壳(图30(B))的情况下，有效长度区域113的放射方向的外侧由铝或铝合金覆盖。因此，在有效长度区域113中产生的热量将经由有效长度区域113的放射方向外侧的铝或铝合金部分传递到圆盘形状部分112。因此，与部分外壳相比，全部覆盖外壳更容易将热量传递给到圆盘形状部分112，能够利用更大的面积进行散热。

[第6实施例]

此外，在上述说明中，是以径向间隙构造的电机为例进行了说明，不过，对于轴向间隙构造的电机也同样适用。图32是示出第6实施例的轴向间隙型电机的结构的说明图。转子20和定子15具有与转子20的旋转轴230垂直的第1和第2圆盘形状。而且，在转子20与定子15相对的圆盘面上，相对地配置有永久磁铁200和电磁线圈100。在从永久磁铁200朝向电磁线圈100投影磁通线201时的投影区域(有效长度区域113)中具有磁性体部件。另外，在为轴向间隙构造的情况下，有效长度区域113具有穿孔圆盘形状，且被设置在端面部上。另外，有效长度区域113可以与电磁线圈100具有的两个线圈端部中第1线圈端部与第2线圈端部之间的部分重叠，也可以与在使永久磁铁200旋转的同时向与旋转轴230平行的方向投影永久磁铁200时的投影区域重叠。

[第7实施例]

图33是示出第7实施例的说明图。第7实施例是轴向间隙型电机。图33(A)示出了用与旋转轴230平行的面剖切轴向间隙型电机10(以下也简称作“电机10”。)时的剖面图。图33(B)示出了转子的俯视图，图33(C)示出了电磁线圈100A的俯视图，图33(D)示出了电磁线圈100B的俯视图，图33(E)示出了线圈背部轭铁115A的俯视图。除了几个不同点以外，第7实施例与第6实施例中说明的轴向间隙型电机具有大致相同的结构。因此，在以下说明中，对与第6实施例相同的结构标注相同符号，并省略说明。

以下是与第6实施例不同的方面。第7实施例的电机10具有A相用的电磁线圈100A、磁传感器300A、电路基板310A、B相用的电磁线圈100B、磁传感器300B以及电路基板310B。即，第7实施例的电机10具有分别为A相用和B相用的两个电磁线圈、两个磁传感器、两个电路基板。这里，各符号末尾的A、B用于区别是A相用还是B相用。在图33(C)、(D)中，磁传感器300A配置在电磁线圈100A的线圈内，磁传感器300B配置在电磁线圈100B的线圈内，但也可以是A相的磁传感器300A配置在电磁线圈100B的线圈内，B相的磁传感器300B配置在电磁线圈100A的线圈内。此外，第7实施例具有线圈背部轭铁115A、115B来替代有效长度区域113。即，第7实施例的电机10分别具有A相用和B相用的线圈背部轭铁。另外，在不区别A相用的线圈背部轭铁115A与B相用的线圈背部轭铁115B的情况下，简称作“线圈背部轭铁115”。此外，第7实施例的电磁线圈100A(100B)的个数和永久磁铁200的个数(4个)与第6实施例的电磁线圈100的个数和永久磁铁200的个数(8个)是不同的，但是一般而言，对于这些个数，电机可根据用途而采用各种个数。

线圈背部轭铁115A具有穿孔圆盘形状，且配置在电磁线圈100A的与永久磁铁200A相反的一侧。线圈背部轭铁115A优选为例如由磁性体材料构成的磁性体部件。此外，线圈背部轭铁115A在作为磁性体部件的同时，还可以是导电性部件。来自永久磁铁200的磁通通过电磁线圈100的内侧，容易贯穿线圈背部轭铁115A。这里，当转子20旋转时，永久磁铁200也旋转。由此，贯穿线圈背部轭铁115A的磁通发生变化，在阻碍磁通变化的方向上产生会生成磁通的电流、即涡流。当涡流流过时，将产生功率损耗(涡流损耗)，并作为热量而放出。另外，对于线圈背部轭铁115B也是同样。此外，在本实施例中，与第6实施例不同，是与壳体110分开而独立地具有线圈背部轭铁115A、115B，不过，线圈背部轭铁115A、115B也可以与壳体110构成为一体。

图34是示出线圈背部轭铁115的制造方法的说明图。在该制造方法中，将细长平板116卷绕成螺旋弹簧状，由此形成线圈背部轭铁115。另外，此时的平板116的宽度为线圈背部轭铁115的厚度。具有螺旋弹簧状结构的线圈背部轭铁115的放射方向的阻抗因平板116的重叠部分之间的阻抗而变大，因此能够减小放射方向的电流。由此，能够抑制放射方向的涡流。另外，对于具有螺旋弹簧状结构的线圈背部轭铁115，可以在平板116的表面上涂敷绝缘物。此时，由于在线圈背部轭铁115中的平板116的重叠部分之间的部分上存在绝缘物，因此，能够进一步抑制放射方向的涡流。

[第8实施例]

图35是示出第8实施例的说明图。第8实施例是轴向间隙型电机。图35(A)示出了用与旋转轴230平行的面剖切轴向间隙型电机10(以下也简称作“电机10”。)时的剖面图。图35(B)是从与旋转轴平行的方向观察电机10的图。

转子20和定子15具有与转子20的旋转轴230垂直的圆盘形状。转子20具有永久磁铁200、侧部轭铁210和旋转轴230。永久磁铁200与图33所示的情况同样，是沿着旋转轴230的外周配置，磁化方向是与旋转轴230平行的方向。在永久磁铁200的放射方向外侧配置有侧部轭铁210。

定子15具有电磁线圈100、线圈背部轭铁115、轴承240和壳体110。电磁线圈100沿着与旋转轴230垂直的面卷绕(参照图33(C)或(D))。永久磁铁200与电磁线圈100相对地配置在转子20与定子15相对的圆盘面上。另外，电磁线圈100的线圈端部部分露出到永久磁铁200之外，不与永久磁铁200重叠。与第1实施例同样，将不与电磁线圈100的线圈端部重叠的区域称作“有效线圈区域”，将与线圈端部重叠的区域称作“运动外区域”。在电磁线圈100的与永久磁铁200相反的一侧，配置有线圈背部轭铁115。线圈背部轭铁115具有穿孔圆盘形状，且与有效线圈区域重叠。壳体110具有导热性，与线圈背部轭铁115接触，将因涡流而在线圈背部轭铁115中产生的热量散到外部。

根据该实施例，能够通过壳体110对因涡流而在线圈背部轭铁115中产生的热量容易地进行散热。此外，线圈背部轭铁115也可以是图25所示那样的将细板卷绕成螺旋弹簧形状的形式。能够减小线圈背部轭铁115中的涡流，抑制因涡流引起的发热。

[第9实施例]

图36是示出线圈背部轭铁的结构例的说明图。图36(A)所示的线圈背部轭铁115是用图34所示的方法制成的线圈背部轭铁。图36(B)示出了在一方的表面上具有缺口部115S的线圈背部轭铁。另外，在将线圈背部轭铁配置到电机10中时，以使该缺口部115S位于与电磁线圈100A(100B)相邻的表面侧的方式配置线圈背部轭铁115。该线圈背部轭铁115可通过使用线丝放电加工机等切入图36(A)所示的线圈背部轭铁115来制造。图36(C)示出了具有缺口部115S到达了另一方的表面的缺口部115C的线圈背部轭铁。该线圈背部轭铁115例如可通过使用线丝放电加工机等切入图36(A)所示的线圈背部轭铁来制造，除此之外，还可以通过冲压来制造。图36(D)示出了在一方的表面上具有多个缺口部115S的线圈背部轭铁。此时，优选的是，多个缺口部115S设置在彼此旋转对称的位置处。另外，缺口部115S与缺口部115C也可以混合存在。但优选的是，到达另一方的表面的缺口部115C为1个。这是因为，当具有多个到达另一方的表面的缺口部115C时，会将线圈背部轭铁115分成2个以上。

图37是示出第9实施例中的电机转速与涡流损耗之间的关系的曲线图。其中，涡流损耗的测定是通过图7所示的方法进行的。这里，线X表示在图36(A)所示的线圈背部轭铁115中没有设置缺口部115C时的特性。线Y表示在图36(B)所示的线圈背部轭铁115中设置有缺口部115S时的特性。线Z表示在图36(C)所示的线圈背部轭铁115中设置有缺口部115C时的特性。在线圈背部轭铁115中具有缺口部115S(线Y)时的涡流小，具有到达另一方的表面的缺口部115C时的涡流更小。这可认为是源于以下原因。涡流是在与磁通方向垂直的方向、即线圈背部轭铁115的表面方向上产生的。这里，缺口部115S抑制了圆盘形状的圆周方向上的涡流。而且，到达另一方的表面的缺口部115C将圆盘形状的圆周方向上的涡流切断。由此，通过设置缺口部115S、115C，能够减小涡流损耗。

另外，线圈背部轭铁115A优选配置成其缺口部115S位于电磁线圈100A侧。这是因为，在电磁线圈100A侧容易产生涡流，当缺口部115S处于电磁线圈100A侧时，容易利用缺口部115S来抑制该涡流。

[第10实施例]

图38是示出第10实施例的说明图。第10实施例与第9实施例同样，在第4实施例的圆筒形部件113中设置了缺口部。图38(A)的圆筒形部件113是第4实施例所示的圆筒形部件。图38(B)示出了在图38(A)的圆筒形部件113的内壁侧设置了缺口部113BS的情况。图38(C)示出了在图38(A)的圆筒形部件113上设置了从内壁到达外壁的缺口部113BC的情况。这样，也可以在圆筒形部件113中设置缺口部113BS、113BC。由此，能够抑制涡流，减小涡流损耗。另外，在本实施例中，以通过将板在厚度方向上卷绕成螺旋状而形成的圆筒形部件113为例进行了说明，但是也可以在具有层叠了多个穿孔圆盘的层叠结构的圆筒形部件、或密实圆筒形部件中设置缺口部113BS、113BC。

[第11实施例]

图39是示出第11实施例的说明图。第11实施例是直线电机。直线电机12具有可动部16和固定部21。固定部21具有两个磁铁200和磁铁背部轭铁202。两个磁铁200以夹着磁铁背部轭铁202的方式配置。关于两个磁铁200的磁通方向，磁铁背部轭铁202侧为S极，外侧(与磁铁背部轭铁202相反的一侧)为N极。另外，N极、S极也可以颠倒。此外，磁铁200也可以具有与移动方向平行的狭缝。

可动部16具有电磁线圈100和线圈背部轭铁116。电磁线圈100沿着以可动部的移动方向为中心轴的环绕方向卷绕。线圈背部轭铁116配置在电磁线圈100的与磁铁200相反的一侧。即，电磁线圈位于磁铁200与线圈背部轭铁116之间。线圈背部轭铁116通过层叠多个板而构成，多个板的分界面与可动部16的移动方向平行。能够抑制在以可动部的移动方向为中心轴的环绕方向上产生涡流。

[第12实施例]

图40是示出第12实施例的说明图。第12实施例是轴向电机13。轴向电机13具有磁轴205和移动体17。磁轴205具有磁铁200、非磁性体外壳250和止动件(stopper)260。磁铁200存在有多个，且以串联排列的方式配置在非磁性体外壳250中。各磁铁200的磁化方向为磁轴205的长度方向，且它们的方向交替变更180°。即，相邻的磁铁200的同极(N极彼此、S极彼此)相互面对。因此，对于来自两个磁铁200的磁通，在两个磁通之间相互排斥。其结果，相邻的磁铁200之间的磁通方向成为以磁轴205为中心的放射方向。止动件260配置在磁轴205的两端，使得移动体17不会从磁轴205上脱离。

移动体17具有电磁线圈100、线圈背部轭铁116和线圈外壳117。电磁线圈100沿着磁轴205的外周卷绕。磁铁200的磁通方向为以磁轴205为中心的放射方向，流过电磁线圈100的电流的方向是沿着磁轴205的外周的方向，因此，根据弗莱明左手法则，电磁线圈100受到的力的方向为磁轴205的长度方向。线圈背部轭铁116配置在电磁线圈100的放射方向的外侧。线圈背部轭铁116具有将板层叠为圆筒状的结构，所述板将放射方向作为第1边、将移动体17的移动方向作为第2边。利用该线圈背部轭铁116的结构，能够减小沿着圆筒圆周的涡流。线圈外壳117是收纳电磁线圈100和线圈背部轭铁116的外壳。

[第13实施例]

图41是示出第13实施例的说明图。图41(A)是示出本发明的第13实施例中无芯无刷电机的结构的剖视图。该电机10具有大致圆盘状的第1和第2定子15A、15B、以及大致圆盘状的转子20。定子15A、15B以及转子20被收纳在壳体110中。

图41(B)、(C)分别是示出定子15A、15B结构的说明图。定子15A具有分别将导线卷绕成环状而成的多个电磁线圈100A。这里，所谓“环状”，不限于圆形，它具有包括图41(B)的电磁线圈100A那样的大致扇形、椭圆形状等各种形状在内的广泛的含义。定子15B的结构与定子15A的结构相同。

图41(D)是示出转子20的结构的说明图。转子20具有配置成圆环状的8个永久磁铁200。转子20的中心被固定在旋转轴230上。永久磁铁200的磁化方向是图39(A)中的上下方向，在图41(D)中是与纸面垂直的方向。在永久磁铁200的外周，设置有磁性体部件210。

如图41(A)所示，转子20被夹在定子15A、15B之间。在转子20的外侧，配置有磁传感器300A、300B。磁传感器是为了检测转子20的位置而设置的。第1和第2定子15A、15B以及磁传感器300A、300B被固定在电机10的壳体110上。

图42是示出第13实施例中的磁通的说明图。该图42与图25、图27大致相同。在第13实施例中，由流过线圈端部101A的电流产生的磁通102A的方向与磁传感器300检测的磁通的方向(箭头301的方向)也是正交的。因此，磁传感器300的输出不会受到流过线圈端部101A的电流大小的影响。此外，在磁传感器300与永久磁铁200之间具有磁性体部件210，因此，磁传感器300的输出不容易饱和。由此，根据第2实施例，也能够抑制磁传感器300的输出发生失真和饱和。

[第14实施例]

在第1至第3实施例中，对具有具备层叠结构的线圈背部轭铁115的无芯电机10进行了说明，在第4实施例中，对如下无芯电机10进行了说明：在该无芯电机10中，磁传感器300配置在由电磁线圈100产生的磁通的方向与磁传感器300检测的磁通的方向垂直地相交的位置处，且在磁传感器300与永久磁铁200之间配置有磁性体材料。而第14实施例是具有这两个特征的无芯电机。

图43是示意性示出第14实施例的无芯电机的结构的说明图。这里，图43(A)示出了用与旋转轴平行的面剖切无芯电机10后的剖面，图43(B)示出了用与旋转轴垂直的面(43B-43B剖切面)剖切无芯电机后的剖面。无芯电机10是在外侧配置大致圆筒状的定子15、在内侧配置大致圆筒状的转子20的径向间隙构造的内转子型电机。定子15具有沿着壳体110的内周排列的多个电磁线圈100A、100B。电磁线圈100A、100B是无芯(空心)的。另外，也将电磁线圈100A、100B统称为电磁线圈100。在定子15中，还在电磁线圈100的各相中各自配置有作为检测转子20的相位的位置传感器的磁传感器300(图43(A))。磁传感器300配置在从电磁线圈100的线圈端部101朝向旋转轴230侧引出的垂线上。另外，磁传感器300与电路基板310连接，电路基板310固定在壳体110上。

转子20在中心具有旋转轴230，在外周具有6个永久磁铁200。各永久磁铁200沿着从旋转轴230的中心朝向外部的径向(放射方向)被磁化。此外，永久磁铁200与电磁线圈100相对地配置在转子20与定子15相对的圆筒面上。

旋转轴230由壳体110的轴承240支承，轴承240具有轴承滚珠241。在本实施例中，在壳体110的内侧设置有螺旋弹簧260。通过使该螺旋弹簧260向图的左侧按压永久磁铁200来进行永久磁铁200的定位。不过，螺旋弹簧260可以省略。

壳体110由以下部分构成：与旋转轴230平行的圆筒形状部分(侧面部)111；以及配置在圆筒形状部分111的两端的、与旋转轴230垂直的圆盘形状部分(端面部)112。圆盘形状部分112由树脂形成。圆筒形状部分111具有由磁性体部件形成的中央部113以及由树脂形成的其余部分。中央部113作为线圈背部轭铁发挥功能，因此也称作“线圈背部轭铁113”。线圈背部轭铁113配置在壳体110中的、在从永久磁铁200朝向电磁线圈100的方向上投影永久磁铁200时的投影壳体110的区域中。线圈背部轭铁113使磁通线201集中，因此磁通线201容易通过电磁线圈100的内部，能够提高无芯电机10的效率。但是，当磁通线201容易通过时，如以下说明的那样，在线圈背部轭铁113中容易产生涡流。

在本实施例中，线圈背部轭铁113在作为磁性体部件的同时，还可以是导电性部件。如上所述，线圈背部轭铁113容易使来自永久磁铁200和电磁线圈的磁通线通过。这里，当转子20旋转时，永久磁铁200也旋转。由此，贯穿线圈背部轭铁113的磁通发生变化，在阻碍磁通变化的方向上产生会生成磁通的电流、即涡流。当涡流流过时，将产生功率损耗(涡流损耗)，并作为热量而放出。

这里，线圈背部轭铁113优选具有与例如图5所示的线圈背部轭铁11、或图6所示的线圈背部轭铁115b相同的层叠结构。通过具有这种层叠结构，能够抑制与旋转轴230平行的方向上的涡流，能够抑制因涡流损耗而引起的功率损耗，能够提高无芯电机的效率，实现高转矩。

另外，线圈背部轭铁113也可以如图38所示，为具有缺口部113BS、113BC的结构。由此，能够抑制涡流，减小涡流损耗。

接着，参照图24(B)、(C)说明磁传感器300检测磁通的方向。第14实施例中的磁传感器300检测磁通的方向301与图24所示的第4实施例同样，是沿着从旋转轴230的中心朝向外侧的径向的方向。此外，该检测方向301是与由流过线圈端部101的电流产生的磁通102A、102B相交成直角的方向。由此，即使流过电磁线圈100的电流的大小发生变化、从而致使磁通线102A、102B的数量变化，在磁传感器300的输出中也不会发生变化。

此外，在第14实施例中，与第4实施例同样，在永久磁铁200与磁传感器300之间设置有磁性体部件210。该磁性体部件210例如可以由软磁性体构成。磁性体部件210容易使磁通通过，因此，如果从永久磁铁200发出的磁通线数量相同，则到达比磁性体部件210更靠外的一侧的磁通线202A、202B的数量将减少与通过磁性体部件210相应的量。其结果，即使磁传感器300与永久磁铁200接近地配置，磁传感器300的输出也不容易饱和。其结果，在磁传感器300的输出中不会产生失真，还能够抑制饱和的产生。即，即使在重负载时，磁传感器300的输出也将成为图26(D)所示的正弦波。一般而言，在电机中，当用反向电动势波形、即正弦波进行驱动时，效率高。根据第14实施例，将磁传感器300配置在由电磁线圈100产生的磁通线的方向与磁传感器300检测的磁通线的方向301垂直地相交的位置处，并在磁传感器300与永久磁铁200之间配置磁性体部件210，因此，能够抑制磁传感器300的输出发生失真和饱和，能够输出逼真的正弦波。此外，如果使用该磁传感器的输出生成无芯电机10的驱动信号，则能够高效地驱动无芯电机10，能够实现高转矩。

在第14实施例中，对径向间隙型的无芯电机10进行了说明，但也可以是轴向间隙型的无芯电机。

图44是示出无芯电机的控制模块的一例的说明图。该电机系统具有控制装置1000和无芯电机10。无芯电机10具有磁传感器300和编码器1030以检测转子的旋转角(相位)。其中，编码器1030可以省略。

控制装置1000具有：包含CPU的主控制部1110、驱动控制电路1120、PWM控制部1130、桥接电路1140、电流检测部1150和计测值计算部1160。计测值计算部1160是运算电路，其根据从电流检测部1150输出的检测电流信号Imes、从磁传感器300输出的磁传感器信号Smag、以及从编码器1030输出的编码器信号Senc，计算最大电流值Imax、平均电流值Iave和电机转速Nmes。这里，优选的是，磁传感器信号Smag为与不存在失真和饱和的反向电动势电压波形呈原样的相似关系的电压波形。

驱动控制电路1120和PWM控制部1130根据最大电流值Imax和/或平均电流值Iave以及电机转速Nmes执行无芯电机10的控制。具体而言，驱动控制电路1120根据最大电流值Imax和/或平均电流值Iave以及电机转速Nmes确定用于调整PWM控制中的脉冲宽度的调整值，PWM控制部1130根据该调整值生成PWM控制信号。桥接电路1140是由多个开关元件构成的H桥接电路，从该桥接电路1140向无芯电机10的电磁线圈100(例如图41)提供驱动电压。由此，对无芯电机10进行驱动。另外，电流检测部1150是测定流过桥接电路1140的电流(即无芯电机10的线圈电流)的电流传感器。

变形例：

本发明可应用于各种装置。例如，本发明可以应用于风扇电机、钟表(指针驱动)、滚筒式洗衣机(单旋转)、过山车、振动电机等各种装置的电机。在将本发明应用于风扇电机时，上述的各种效果(低功耗、低振动、低噪音、低旋转不均、低发热、高寿命)尤为显著。这种风扇电机例如可用作数字显示装置、车载设备、燃料电池式个人计算机、燃料电池式数码照相机、燃料电池式摄像机、燃料电池式移动电话等使用燃料电池的设备、以及投影仪等各种装置的风扇电机。本发明的电机还可以用作各种家电设备和电子设备的电机。例如，在光存储装置、磁存储装置、多面镜驱动装置等中，可以把本发明的电机用作主轴电机。并且，本发明的电机还可以用作移动体和机器人用的电机。

图45是示出利用了本发明的变形例的电机的投影仪的说明图。该投影仪3100具有：发出红、绿、蓝三种颜色的光的3个光源3110R、3110G、3110B；分别对这三种颜色的光进行调制的3个液晶光阀3140R、3140G、3140B；对调制后的三种颜色的光进行合成的分光合色棱镜3150；将合成后的三种颜色光投影到屏幕SC上的投影镜头系统3160；用于对投影仪内部进行冷却的冷却风扇3170；以及对投影仪3100整体进行控制的控制部3180。作为驱动冷却风扇3170的电机，可以采用上述的各种无刷电机。

图46(A)～(C)是示出利用了本发明的变形例的电机的燃料电池式移动电话的说明图。图46(A)表示移动电话3200的外观，图46(B)表示内部结构的例子。移动电话3200具有控制移动电话3200的动作的MPU 3210、风扇3220和燃料电池3230。燃料电池3230向MPU 3210和风扇3220提供电源。风扇3220用于从移动电话3200的外部向其内部进行送风，以便向燃料电池3230提供空气，或者将燃料电池3230生成的水分从移动电话3200的内部排出到外部。另外，也可以按照图46(C)所示将风扇3220配置在MPU 3210上，对MPU 3210进行冷却。作为驱动风扇3220的电机，可以采用上述的各种无刷电机。

图47是示出作为利用了本发明的变形例的电机/发电机的移动体的一例的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。该自行车3300在前轮上设有电机3310，在车座下方的框架上设有控制电路3320和充电电池3330。电机3310利用来自充电电池3330的电力驱动前轮，由此对行驶进行助力。并且，在制动时，由电机3310再生的电力被充电给充电电池3330。控制电路3320是控制电机的驱动和再生的电路。作为该电机3310，可以采用上述的各种无刷电机。

图48是示出利用了本发明的变形例的电机的机器人的一例的说明图。该机器人3400具有第1臂3410、第2臂3420以及电机3430。该电机3430在使作为被驱动部件的第2臂3420水平旋转时使用。作为该电机3430，可以采用上述的各种无刷电机。

图49是示出利用了本发明的变形例的电机的铁路车辆的说明图。该铁路车辆3500具有电机3510和车轮3520。该电机3510对车轮3520进行驱动。并且，电机3510在铁路车辆3500的制动时被用作发电机，进行电力的再生。作为该电机3510，可以采用上述的各种无刷电机。

以上，根据一些实施例对本发明的实施方式进行了说明，但是上述发明的实施方式的目的在于使本发明的理解变得容易，而不是要对本发明进行限定。本发明可在不脱离其主旨及权利要求书的情况下，进行变更和改进，并且显然，在本发明中还包含其等同物。

Claims (27)

1.一种无芯电动机械装置，其具有能够相对地移动的第1部件与第2部件，其中，该无芯电动机械装置具有：

永久磁铁，其配置在所述第1部件上；

空心的电磁线圈，其配置在所述第2部件上；以及

线圈背部轭铁，其配置在所述第2部件上，且具有层叠结构，

所述电磁线圈配置在所述永久磁铁与所述线圈背部轭铁之间，

所述电磁线圈具有：在所述电磁线圈中产生使所述第1部件在移动方向上进行相对移动的力的有效线圈区域；以及线圈端部区域，

所述线圈背部轭铁覆盖所述有效线圈区域而未覆盖所述线圈端部区域。

2.根据权利要求1所述的无芯电动机械装置，其中，

所述有效线圈区域是从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈投影所述永久磁铁时的投影区域。

3.根据权利要求1或2所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁具有在与所述第1部件的移动方向垂直的方向上层叠的多个钢板件。

4.根据权利要求3所述的无芯电动机械装置，其中，

所述钢板件的厚度为0.1mm以下。

5.根据权利要求3所述的无芯电动机械装置，其中，

所述钢板件的厚度大约为0.1mm。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件还具有磁性体部件，

所述第2部件还具有磁传感器，该磁传感器检测由所述永久磁铁产生的磁通的大小，

所述磁传感器配置在由所述电磁线圈产生的磁通线的方向与所述磁传感器检测的磁通线的方向垂直地相交的位置处，

所述磁性体部件配置在所述磁传感器与所述永久磁铁之间。

7.根据权利要求6所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件与所述第2部件具有以所述第1部件的旋转轴为中心的同心圆筒形状，

所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述第1部件与所述第2部件相对的圆筒面上，

所述磁性体部件配置在与所述旋转轴的轴向平行的方向上的所述永久磁铁的端面上。

8.根据权利要求7所述的无芯电动机械装置，其中，

配置所述磁传感器的位置处于所述电磁线圈的线圈端部与所述旋转轴之间，且处于从所述线圈端部朝向所述旋转轴呈直角引出的放射线上。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述永久磁铁在与从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向以及所述移动方向分别垂直的方向的两端部上具有侧部轭铁。

10.根据权利要求1至5以及权利要求9中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件是具有所述永久磁铁的转子，

所述第2部件是具有所述空心的电磁线圈、所述线圈背部轭铁和外壳的定子，

所述转子与所述定子具有以所述转子的旋转轴为中心的同心圆筒形状，

所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述转子与所述定子相对的圆筒面上，

在从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向上投影所述永久磁铁时的所述外壳的投影区域中，设置有所述线圈背部轭铁，在所述外壳的投影区域外未设置所述线圈背部轭铁。

11.根据权利要求10所述的无芯电动机械装置，其中，

所述投影方向是以所述旋转轴为中心的放射方向。

12.根据权利要求10或11所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁具有圆筒形状，

所述圆筒形状是通过层叠穿孔圆盘而形成的。

13.根据权利要求10或11所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁具有圆筒形状，

所述圆筒形状是通过将厚度比宽度小的板在厚度方向上卷绕成螺旋状而形成的。

14.根据权利要求12或13所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁在所述圆筒形状的所述电磁线圈侧的侧面上具有缺口部。

15.根据权利要求14所述的无芯电动机械装置，其中，

所述缺口部到达了所述圆筒形状的与所述电磁线圈相反侧的侧面。

16.根据权利要求6所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件和所述第2部件具有与所述第1部件的旋转轴垂直的第1圆盘形状和第2圆盘形状，

所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述第1部件与所述第2部件相对的圆盘面上，

所述磁性体部件配置在与所述旋转轴的轴向垂直的方向上的所述永久磁铁的端面上。

17.根据权利要求16所述的无芯电动机械装置，其中，

配置所述磁传感器的位置处于从所述电磁线圈的线圈端部起与所述旋转轴平行地引出的直线上。

18.根据权利要求1至5以及权利要求16、17中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件是具有所述永久磁铁的转子，

所述第2部件是具有所述空心的电磁线圈、所述线圈背部轭铁和外壳的定子，

所述转子和所述定子具有与所述转子的旋转轴垂直的第1圆盘形状和第2圆盘形状，

所述永久磁铁与所述电磁线圈相对地配置在所述转子与所述定子相对的圆盘面上，

在从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈的方向上投影所述永久磁铁时的所述外壳的投影区域中，设置有所述线圈背部轭铁，在所述外壳的投影区域外未设置所述线圈背部轭铁。

19.根据权利要求18所述的无芯电动机械装置，其中，

所述投影方向是与所述旋转轴平行的方向。

20.根据权利要求16至19中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁具有穿孔圆盘形状，

所述穿孔圆盘形状是通过将细长的平板卷绕成螺旋弹簧状而形成的。

21.根据权利要求20所述的无芯电动机械装置，其中，

所述穿孔圆盘形状在所述电磁线圈侧的表面上具有缺口部。

22.根据权利要求21所述的无芯电动机械装置，其中，

所述缺口部到达了所述穿孔圆盘形状的与所述电磁线圈相反侧的表面。

23.根据权利要求1至22中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁露出到外部空气中。

24.根据权利要求1至23中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述线圈背部轭铁含有5％重量百分比以上的硅。

25.根据权利要求1至5以及权利要求9中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述第1部件具有在内部具有磁铁的棒状结构，

所述第2部件具有在以所述第1部件为轴的环绕方向上卷绕的电磁线圈，且沿所述第1部件移动，

所述线圈背部轭铁具有层叠结构，在该层叠结构中，具有与所述第2部件的移动方向平行的层。

26.根据权利要求6、7、16、17中任意一项所述的无芯电动机械装置，其中，

所述磁性体部件以如下方式设置在所述永久磁铁的移动方向的侧面上，所述方式是：在所述永久磁铁相对于所述电磁线圈进行相对移动时，使得所述磁传感器的输出波形成为与对所述电磁线圈中产生的反向电动势波形进行归一化后的波形同等的波形，

所述磁传感器检测从所述磁性体部件泄漏的磁通，

与所述磁传感器的输出波形对应地，对所述电磁线圈进行PWM驱动。

27.一种无芯电动机械装置，其具有：

转子，其具有永久磁铁和磁性体部件；

定子，其具有产生使所述转子旋转的力的有效线圈区域、和线圈端部区域，并且具有磁传感器，该磁传感器检测由空心的电磁线圈和所述永久磁铁产生的磁通的大小；

线圈背部轭铁，其覆盖所述有效线圈区域而未覆盖所述线圈端部区域；以及

外壳，其围着所述定子、转子以及所述线圈背部轭铁，

所述磁传感器配置在由所述电磁线圈产生的磁通线的方向与所述磁传感器检测的磁通线的方向垂直地相交的位置处，

所述磁性体部件配置在所述磁传感器与所述永久磁铁之间，

所述有效线圈区域是从所述永久磁铁朝向所述电磁线圈投影所述永久磁铁时的投影区域，

所述线圈背部轭铁是层叠与所述转子的旋转方向平行的厚度为0.1mm以下的钢板件而形成的。

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