JP2012210149A - Coreless electromechanical device - Google Patents

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和喜 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coreless electromechanical device which can achieve a large torque.SOLUTION: A coreless electromechanical device comprises relatively movable first and second members. The coreless electromechanical device comprises: a permanent magnet 200 disposed in the first member 20; an electromagnetic coil 100 with an empty core disposed in the second member 15; and a coil back yoke 115 having laminated structure disposed in the second member. The electromagnetic coil is disposed between the permanent magnet and the coil back yoke. The electromagnetic coil comprises an effective coil region which generates force to move the first member relatively in a moving direction in the electromagnetic coil and a coil end region. The coil back yoke covers the effective coil region but does not cover the coil end region.

Description

本発明は、コアレス電気機械装置に関するものである。   The present invention relates to a coreless electromechanical device.

モーターは、永久磁石と電磁コイルとの間のローレンツ力により、駆動力を発生させている(例えば特許文献1)。   The motor generates a driving force by a Lorentz force between the permanent magnet and the electromagnetic coil (for example, Patent Document 1).

特開2008−159847号公報JP 2008-159847 A

しかし、従来のモーターや発電機などのコアレス電気機械装置では、大トルクを実現することは難しかった。   However, it has been difficult to achieve a large torque with conventional coreless electromechanical devices such as motors and generators.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、コアレス電気機械装置で大トルクを実現することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to realize a large torque with a coreless electromechanical device.

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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
相対的に移動可能な第1と第2の部材を有するコアレス電機機械装置であって、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空芯の電磁コイルと、前記第2の部材に配置された積層構造を有する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に配置されており、前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第1の部材を相対的に移動方向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、前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
[Application Example 1]
A coreless electrical machine apparatus having first and second members that are relatively movable, wherein the permanent magnet is disposed on the first member, and the air-core electromagnetic coil is disposed on the second member. And a coil back yoke having a laminated structure disposed on the second member, wherein the electromagnetic coil is disposed between the permanent magnet and the coil back yoke, The electromagnetic coil has an effective coil region that generates a force that relatively moves the first member in the moving direction, and a coil end region, and the coil back yoke covers the effective coil region, A coreless electromechanical device that does not cover the coil end region.
According to this application example, since the generation of eddy current can be suppressed, loss due to eddy current loss can be reduced and a large torque can be realized.

[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、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、永久磁石の磁束を有効に使うことが出来るので、ロスを低減し、大トルクを実現できる。
[Application Example 2]
The coreless electromechanical device according to Application Example 1, wherein the effective coil region is a projection region when the permanent magnet is projected from the permanent magnet toward the electromagnetic coil.
According to this application example, since the magnetic flux of the permanent magnet can be used effectively, loss can be reduced and a large torque can be realized.

[適用例3]
適用例1または適用例2に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記第1の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが、移動部の移動方向と平行な層構造を有する積層鋼板材を有するので、移動方向と垂直方向の渦電流の生成を抑制することができる。
[Application Example 3]
The coreless electromechanical device according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the coil back yoke includes a plurality of steel plate members stacked in a direction perpendicular to a moving direction of the first member.
According to this application example, the coil back yoke includes the laminated steel plate material having a layer structure parallel to the moving direction of the moving portion, and therefore generation of eddy currents in the direction perpendicular to the moving direction can be suppressed.

[適用例4]
適用例3に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、0.1mm以下である、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、0.1mm以下であるので、渦電流に発生を抑制しやすい。
[Application Example 4]
The coreless electromechanical device according to Application Example 3, wherein the steel sheet has a thickness of 0.1 mm or less.
According to this application example, since the thickness of the laminated steel sheet material is 0.1 mm or less, generation of eddy current is easily suppressed.

[適用例5]
請求項4に記載のコアレス電気機械装置において、前記鋼板材の厚さは、約0.1mmである、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、積層鋼板材の厚さは、約0.1mmであってもよい。
[Application Example 5]
5. The coreless electromechanical device according to claim 4, wherein a thickness of the steel plate material is about 0.1 mm.
According to this application example, the thickness of the laminated steel sheet material may be about 0.1 mm.

[適用例6]
適用例1から適用例5のいずれかに記載のコアレス電気機械装置において、前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
この適用例によれば、サイドヨークにより磁石の側面方向への磁束の漏れを抑制できる。
[Application Example 6]
The coreless electromechanical device according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, wherein the permanent magnet has side yokes at both ends in a direction from the permanent magnet toward the electromagnetic coil and in a direction perpendicular to the moving direction. An electromechanical device comprising:
According to this application example, leakage of magnetic flux in the side surface direction of the magnet can be suppressed by the side yoke.

[適用例7]
適用例1から適用例6までのうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、 前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑制し、渦電流損によるロスを少なくすることが可能となる。
[Application Example 7]
In the coreless electromechanical device according to any one of the application examples 1 to 6, the first member is a rotor having the permanent magnet, and the second member is the A stator having an air-core electromagnetic coil, the coil back yoke, and a case, and the rotor and the stator have a concentric cylindrical shape centering on a rotation axis of the rotor, and the permanent magnet The electromagnetic coil is disposed to face the cylindrical surfaces of the rotor and the stator facing each other, and the permanent magnet is projected onto the projection region of the case when the permanent magnet is projected in a direction from the permanent magnet toward the electromagnetic coil. A coreless electromechanical device in which a coil back yoke is provided, and the coil back yoke is not provided outside the projection region of the case.
According to this application example, generation of eddy current can be suppressed and loss due to eddy current loss can be reduced.

[適用例8]
適用例1から適用例6までのうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第1と第2の円盤形状を有しており、前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、いわゆるアキシャルギャップ型の電気機械装置に適用が可能である。
[Application Example 8]
In the coreless electromechanical device according to any one of the application examples 1 to 6, the first member is a rotor having the permanent magnet, and the second member is the A stator having an air-core electromagnetic coil, the coil back yoke, and a case, wherein the rotor and the stator have first and second disk shapes perpendicular to a rotation axis of the rotor; The permanent magnet and the electromagnetic coil are arranged opposite to the opposing disk surfaces of the rotor and the stator, and the permanent magnet and the electromagnetic coil of the case when the permanent magnet is projected in a direction from the permanent magnet toward the electromagnetic coil. A coreless electromechanical device, wherein the coil back yoke is provided in a projection area, and the coil back yoke is not provided outside the projection area of the case.
According to this application example, it can be applied to a so-called axial gap type electromechanical device.

[適用例9]
適用例7に記載のコアレス電気機械装置において、前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
[Application Example 9]
The coreless electromechanical device according to Application Example 7, wherein the projection direction is a radial direction around the rotation axis.

[適用例10]
適用例7または適用例9に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、穴あき円盤を積層することにより、円筒状に形成されている。渦電流は、穴あき円盤の面に沿って生成するので、渦電流を少なくすることが可能となる。
[Application Example 10]
The coreless electric machine device according to Application Example 7 or Application Example 9, wherein the coil back yoke has a cylindrical shape, and the cylindrical shape is formed by stacking perforated disks. apparatus.
According to this application example, the coil back yoke is formed in a cylindrical shape by stacking perforated disks. Since the eddy current is generated along the surface of the holed disk, the eddy current can be reduced.

[適用例11]
適用例7または適用例9に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは、板を螺旋状に巻いて形成されているので、穴あき円盤を円筒形にそろえる必要がなく、成形や製造が容易となる。
[Application Example 11]
In the coreless electromechanical device according to Application Example 7 or Application Example 9, the coil back yoke has a cylindrical shape, and the cylindrical shape spirals a plate having a thickness smaller than the width in the thickness direction. Coreless electromechanical device that is formed by winding in a shape.
According to this application example, since the coil back yoke is formed by spirally winding a plate, it is not necessary to align the perforated disks into a cylindrical shape, and molding and manufacturing are facilitated.

[適用例12]
適用例10または適用例11に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは電磁コイル側の側面に切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
[Application Example 12]
The coreless electromechanical device according to Application Example 10 or Application Example 11, wherein the coil back yoke has a notch on a side surface of the cylindrical shape on the electromagnetic coil side.
According to this application example, since the coil back yoke has the notch on the side surface on the electromagnetic coil side, the eddy current can be suppressed by the notch.

[適用例13]
適用例12に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
[Application Example 13]
The coreless electromechanical device according to Application Example 12, wherein the notch reaches the side surface opposite to the cylindrical electromagnetic coil.
According to this application example, the cutout portion reaches the side surface opposite to the cylindrical electromagnetic coil, so that the effect of suppressing the eddy current is great.

[適用例14]
適用例7、適用例9から適用例13まで、のうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、突起に磁束を集中させることが出来る。その結果、電磁コイルを流れる電子に与えるローレンツ力を大きくすることが出来、トルクを増大させることが可能となる。また、突起と突起の間は、バックヨークの厚さが薄くなるので、突起間の渦電流を抑制できる。
[Application Example 14]
In the coreless electromechanical device according to any one of the application examples 7 and 9 to 13, the coil back yoke has a protrusion protruding toward the rotation axis. A coreless electromechanical device, wherein the electromagnetic coil is disposed on the rotating shaft side of the protrusion.
According to this application example, the magnetic flux can be concentrated on the protrusion. As a result, the Lorentz force applied to the electrons flowing through the electromagnetic coil can be increased, and the torque can be increased. Further, since the back yoke is thin between the protrusions, the eddy current between the protrusions can be suppressed.

[適用例15]
適用例14に記載のコアレス電気機械装置において、前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コギングトルクを軽減し、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。
[Application Example 15]
The coreless electromechanical device according to Application Example 14, wherein the protrusions are arranged point-symmetrically about the rotation axis.
According to this application example, it is possible to reduce cogging torque and realize a rotational motion with less vibration.

[適用例16]
適用例8に記載のコアレス電気機械装置において、前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
[Application Example 16]
The coreless electromechanical device according to Application Example 8, wherein the projection direction is a direction parallel to the rotation axis.

[適用例17]
適用例8または適用例16に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークの穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されているので、穴あき円盤の放射方向の渦電流の発生を抑制し易い。
[Application Example 17]
In the coreless electromechanical device according to Application Example 8 or Application Example 16, the coil back yoke has a perforated disk shape, and the perforated disk shape is formed by winding an elongated flat plate into a spring spring shape. A coreless electromechanical device.
According to this application example, the perforated disk shape of the coil back yoke is formed by winding a long and thin flat plate in the shape of a spring, so that it is easy to suppress generation of eddy current in the radial direction of the perforated disk.

[適用例18]
適用例17に記載のコアレス電気機械装置において、前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークは切り欠き部を有するので、切り欠き部により渦電流を抑制することができる。
[Application Example 18]
The coreless electromechanical device according to Application Example 17, wherein the perforated disk shape has a notch on a surface on the electromagnetic coil side.
According to this application example, since the coil back yoke has the notch, the eddy current can be suppressed by the notch.

[適用例19]
適用例18に記載のコアレス電気機械装置において、前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、切り欠き部は穴あき円盤形状の電磁コイル側と反対側の面まで達しているので、渦電流を抑制する効果が大きい。
[Application Example 19]
The coreless electromechanical device according to Application Example 18, wherein the notch reaches a surface opposite to the holed disk-shaped electromagnetic coil.
According to this application example, the cutout portion reaches the surface on the side opposite to the perforated disk-shaped electromagnetic coil side, so that the effect of suppressing the eddy current is great.

[適用例20]
適用例7から適用例19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、前記ケースのうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、前記端面部、前記側面部のうち、前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
[Application Example 20]
The coreless electric machine device according to any one of application examples 7 to 19, wherein the portion of the case excluding the projection region is made of a non-conductive material. apparatus.
According to this application example, since the portion excluding the projection region of the end face part and the side face part is made of a non-conductive material, generation of eddy current loss is suppressed, and eddy current loss is caused. It is possible to reduce the influence. As a result, it is possible to suppress heat generation of the electromechanical device.

[適用例21]
適用例7から適用例20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、さらに、前記回転軸を支持する軸受けを有し、前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されているので、渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
[Application Example 21]
In the coreless electromechanical device according to any one of the application examples 7 to 20, the coreless electromechanical device further includes a bearing that supports the rotating shaft, and the bearing is made of a non-conductive material. Coreless electromechanical device.
According to this application example, since the bearing is made of a non-conductive material, it is possible to suppress the occurrence of eddy current loss and reduce the influence of eddy current loss. As a result, it is possible to suppress heat generation of the electromechanical device.

[適用例22]
適用例21に記載のコアレス電気機械装置において、前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有するので、ボール部における渦電流損の発生を抑制し、渦電流損による影響を少なくすることが可能となる。その結果、電気機械装置の発熱を抑制することも可能となる。
[Application Example 22]
The coreless electromechanical device according to Application Example 21, wherein the bearing has a ball portion made of a non-conductive material.
According to this application example, since the bearing has a ball portion made of a non-conductive material, it is possible to suppress the occurrence of eddy current loss in the ball portion and reduce the influence of eddy current loss. As a result, it is possible to suppress heat generation of the electromechanical device.

[適用例23]
適用例7から適用例22のうちのいずれか1つの適用例に記載のコアレス電気機械装置において、前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、コイルバックヨークが渦電流損により発熱しても、容易に放熱できる。
[Application Example 23]
The coreless electromechanical device according to any one of the application examples 7 to 22, wherein the coil back yoke is exposed to the outside air.
According to this application example, even if the coil back yoke generates heat due to eddy current loss, heat can be easily dissipated.

[適用例24]
適用例1から適用例6までのうち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、前記第1の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、前記材2の部材は、前記材1の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第1の部材に沿って移動し、前記コイルバックヨークは、前記第2の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
この適用例によれば、本発明は、回転型のモーターだけでなく、リニアモーター、シャフトモーターにも適応することが可能である。
[Application Example 24]
In the coreless electromechanical device according to any one of Application Example 1 to Application Example 6, the first member has a rod-like structure having a magnet inside, and the member of the material 2 is An electromagnetic coil wound in a circumferential direction with the member of the material 1 as an axis, and moves along the first member, and the coil back yoke has a layer parallel to the moving direction of the second member. A coreless electromechanical device having a laminated structure.
According to this application example, the present invention can be applied not only to a rotary motor but also to a linear motor and a shaft motor.

[適用例25]
コアレス電機機械装置であって、永久磁石を有するローターと、前記ローターを回転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、空芯である電磁コイルを有するステーターと、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ0.1mm以下の鋼板材を積層して形成されており、前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
この適用例によれば、渦電流の発生を抑えることが出来るので、渦電流損によるロスを低減し、大トルクを実現できる。
[Application Example 25]
A coreless electrical machine apparatus, comprising: a rotor having a permanent magnet; an effective coil region that generates a force for rotating the rotor; and a coil end region, and a stator having an electromagnetic coil that is an air core; A coil back yoke that covers the effective coil region and does not cover the coil end region, and a case that surrounds the rotor, the stator, and the coil back yoke, and the effective coil region extends from the permanent magnet to the electromagnetic coil. And the coil back yoke is formed by laminating steel sheets having a thickness of 0.1 mm or less parallel to the rotation direction of the rotor, and the case. Is a coreless electrical machine apparatus that is made of a non-conductive material in a portion that does not overlap the coil back yoke.
According to this application example, since the generation of eddy current can be suppressed, loss due to eddy current loss can be reduced and a large torque can be realized.

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、コアレス電気機械装置の他、電気機械装置用ケース等、様々な形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a coreless electromechanical apparatus, the present invention can be realized in various forms such as a case for an electromechanical apparatus.

第1の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the coreless motor of a 1st Example. 電磁コイルの製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of an electromagnetic coil. 電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the resin filling apparatus for embedding resin in an electromagnetic coil. 電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of hardening an electromagnetic coil with resin. コイルバックヨーク115の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the coil back yoke. コイルバックヨーク115の他の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other structural example of the coil back yoke. 渦電流の測定を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement of an eddy current typically. 本実施例の渦電流損を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the eddy current loss of a present Example. コイルバックヨーク115が積層構造をとる場合における、穴あき円盤115aの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the thickness of a perforated disk 115a, and an eddy current loss in case the coil back yoke 115 takes a laminated structure. 本実施例によるコアレスモーターと、比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the characteristic of the coreless motor by a present Example, and the cored motor which is a comparative example. 本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the relationship of a torque and rotation speed of the coreless motor of a present Example, and the motor with a core of a comparative example. 本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the relationship of a torque and an electric current of the coreless motor of a present Example, and the motor with a core of a comparative example. 本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the relationship between a torque and input electric power of the coreless motor of a present Example, and the motor with a core of a comparative example. 本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力(仕事)と、の関係を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the relationship between a torque and output electric power (work) of the coreless motor of a present Example, and the motor with a core of a comparative example. 本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと効率(=出力電力/入力電力)と、の関係を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the relationship of a torque and efficiency (= output electric power / input electric power) of the coreless motor of a present Example, and the motor with a core of a comparative example. 第2の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 2nd Example. 第3の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 3rd Example. 本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the torque characteristic of the coreless motor of a present Example and a comparative example. 第4の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the coreless motor of a 4th Example. 中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the relationship between the center part and the position of an electromagnetic coil. 無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares a present Example and a modification about a no-load electric current and no-load electric power. モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed of a motor, and an eddy current loss. 第5の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the axial gap type motor which is a 5th Example. 第6の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 6th Example. コイルバックヨーク115の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the coil back yoke. 第7の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 7th Example. コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a coil back yoke. 第8の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed of the motor in an 8th Example, and an eddy current loss. 第9の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 9th Example. 第10の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 10th Example. 第11の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 11th Example. 第12の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 12th Example. 磁場解析のモデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the model of a magnetic field analysis. 従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the magnetic field analysis simulation using the conventional model. 永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result of the relationship between the distance from a permanent magnet surface to a magnetic sensor, and magnetic flux density. 本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the projector using the motor by the modification of this invention. 本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel cell type mobile telephone using the motor by the modification of this invention. 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。It is explanatory drawing which shows the electric bicycle (electric assisted bicycle) as an example of the moving body using the motor / generator by the modification of this invention. 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。It is explanatory drawing which shows an example of the robot using the motor by the modification of this invention. 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。It is explanatory drawing which shows the rail vehicle using the motor by the modification of this invention.

[第1の実施例]
図1は、第1の実施例のコアレスモーターの構成を示す説明図である。図1(A)は、コアレスモーター10を回転軸に平行な面で切った断面であり、図1(B)は、コアレスモーター10を回転軸に垂直な面で切った断面である。コアレスモーター10は、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。このコアレスモーター10では、ステーター15が外側に配置されている。ステーター15の内側には、略円筒状の空間が形成されており、この略円筒状の空間には、略円筒状のローター20が配置されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the coreless motor of the first embodiment. 1A is a cross section of the coreless motor 10 cut along a plane parallel to the rotation axis, and FIG. 1B is a cross section of the coreless motor 10 cut along a plane perpendicular to the rotation axis. The coreless motor 10 is an inner rotor type motor having a radial gap structure. In the coreless motor 10, the stator 15 is disposed outside. A substantially cylindrical space is formed inside the stator 15, and a substantially cylindrical rotor 20 is disposed in the substantially cylindrical space.

ステーター15は、電磁コイル100と、ケーシング110と、コイルバックヨーク115と、を備える。ローター20は、回転軸230と、複数の永久磁石200と、を備える。回転軸230は、ローター20の中心軸であり、回転軸230の外周に永久磁石200が配置されている。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。永久磁石200の回転軸230と平行な方向の両側には、サイドヨーク210が配置されている。サイドヨーク210は、磁性体材料で形成されており、永久磁石200の回転軸230と平行な方向への磁束の漏れを抑制する。回転軸230は、ケーシング110の軸受け240で支持されている。   The stator 15 includes an electromagnetic coil 100, a casing 110, and a coil back yoke 115. The rotor 20 includes a rotating shaft 230 and a plurality of permanent magnets 200. The rotating shaft 230 is the central axis of the rotor 20, and the permanent magnet 200 is disposed on the outer periphery of the rotating shaft 230. The permanent magnet 200 is magnetized along the radial direction (radial direction) from the center of the rotating shaft 230 toward the outside. Side yokes 210 are arranged on both sides of the permanent magnet 200 in the direction parallel to the rotation shaft 230. The side yoke 210 is made of a magnetic material and suppresses leakage of magnetic flux in a direction parallel to the rotating shaft 230 of the permanent magnet 200. The rotating shaft 230 is supported by a bearing 240 of the casing 110.

ケーシング110は、内側が略円筒形の空間になっており、その内周に沿って複数の電磁コイル100が配置されている。なお、本実施例では、電磁コイル100は、内側に配置される電磁コイル100Aと外側に配置される電磁コイル100Bとを備えている。なお、本実施例では、電磁コイル100Aと電磁コイル100Bを区別する必要がない場合には、単に「電磁コイル100」と呼ぶ。電磁コイル100は、コアレス(空心)である。また、電磁コイル100と永久磁石200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、電磁コイル100の回転軸230と平行な方向の長さは、永久磁石200の回転軸230と平行な方向の長さよりも長くなっている。すなわち、永久磁石200から放射方向に投射すると、電磁コイル100の一部は、投射領域からはみ出る。電磁コイル100のうち、このはみ出た部分を、「コイルエンド」と呼ぶ。ここで、電磁コイル100をコイルエンドと、コイルエンド以外の部分と、に分けると、コイルエンドに流れる電流により生じる力の向きは、ローター20の回転方向と異なる方向(回転軸230と平行な方向)であり、コイルエンド以外の部分に流れる電流により生じる力の向きは、ローター20の回転方向とほぼ同じ方向である。なお、コイルエンドは、コイルエンド以外の部分を挟んで2つあり、両者に生じる力は、互いに反対方向なので、電磁コイル100全体に掛かる力としては打ち消し合う。本実施例では、コイルエンドと重ならない領域を「有効コイル領域」と呼び、コイルエンドと重なる領域を「有効コイル領域外」と呼ぶ。電磁コイル100の放射方向外側であって、有効コイル領域と重なる部分には、コイルバックヨーク115が設けられている。なお、コイルバックヨーク115は、有効コイル領域外と重なっていないことが好ましい。コイルバックヨーク115が有効コイル領域外と重なっていると、コイルバックヨーク115の有効コイル領域外と重なる部分において、渦電流損(鉄損)が生じ、コアレスモーター10の効率を下げて、大トルクの実現が困難となる。   The casing 110 has a substantially cylindrical space on the inside, and a plurality of electromagnetic coils 100 are arranged along the inner periphery thereof. In the present embodiment, the electromagnetic coil 100 includes an electromagnetic coil 100A disposed on the inner side and an electromagnetic coil 100B disposed on the outer side. In the present embodiment, when it is not necessary to distinguish between the electromagnetic coil 100A and the electromagnetic coil 100B, they are simply referred to as “electromagnetic coil 100”. The electromagnetic coil 100 is coreless (air core). Further, the electromagnetic coil 100 and the permanent magnet 200 are arranged to face the cylindrical surfaces of the rotor 20 and the stator 15 that face each other. Here, the length of the electromagnetic coil 100 in the direction parallel to the rotating shaft 230 is longer than the length of the permanent magnet 200 in the direction parallel to the rotating shaft 230. That is, when projecting in the radial direction from the permanent magnet 200, a part of the electromagnetic coil 100 protrudes from the projection area. The protruding portion of the electromagnetic coil 100 is referred to as “coil end”. Here, when the electromagnetic coil 100 is divided into a coil end and a portion other than the coil end, the direction of the force generated by the current flowing through the coil end is different from the rotation direction of the rotor 20 (a direction parallel to the rotation shaft 230). The direction of the force generated by the current flowing in the portion other than the coil end is substantially the same as the rotation direction of the rotor 20. Note that there are two coil ends sandwiching a portion other than the coil end, and the forces generated in both are in opposite directions, so that the forces applied to the entire electromagnetic coil 100 cancel each other. In this embodiment, a region that does not overlap the coil end is referred to as an “effective coil region”, and a region that overlaps the coil end is referred to as “outside the effective coil region”. A coil back yoke 115 is provided outside the electromagnetic coil 100 in the radial direction and overlapping the effective coil region. The coil back yoke 115 preferably does not overlap the outside of the effective coil area. If the coil back yoke 115 overlaps the outside of the effective coil region, an eddy current loss (iron loss) occurs in the portion of the coil back yoke 115 overlapping the outside of the effective coil region, reducing the efficiency of the coreless motor 10 and increasing the torque. Is difficult to achieve.

ケーシング110は、回転軸230と平行な円筒形状部分(側面部)111と、円筒形状部分111の両端に配置された、回転軸230と垂直な円盤形状部分(端面部)112とを備える。2つの円盤形状部分112は、円筒形状部分111を挟んで配置されており、2つの円盤形状部分112と、円筒形状部分111は、取り付けネジ120により固定されている。円筒形状部分111は、有効コイル領域と重なっている。円筒形状部分111は、コイルバックヨーク115に生じた熱を放熱するために、熱伝導性の高い材料で形成されていてもよい。円盤形状部分112は、樹脂で形成されている。   The casing 110 includes a cylindrical portion (side surface portion) 111 parallel to the rotation shaft 230, and a disk-shaped portion (end surface portion) 112 that is disposed at both ends of the cylindrical portion 111 and is perpendicular to the rotation shaft 230. The two disk-shaped parts 112 are arranged with the cylindrical part 111 interposed therebetween, and the two disk-shaped parts 112 and the cylindrical part 111 are fixed by a mounting screw 120. The cylindrical portion 111 overlaps the effective coil area. The cylindrical portion 111 may be formed of a material having high thermal conductivity in order to dissipate heat generated in the coil back yoke 115. The disk-shaped part 112 is made of resin.

図2は、電磁コイルの製造方法を示す説明図である。本実施例では、電磁コイル100として、複数の電磁コイルを樹脂で固めて円筒形に成形したものを用いている。各電磁コイルは、円筒の側面の法線方向を軸方向として、その軸の周りを回るように巻かれている。図2(A)に示す工程では、表、裏に帯状の凹凸のある板150を準備する。板150は、樹脂により形成されており、例えば、射出成形により製造することが可能である。板150は、表に凸151、裏に凸152を備える。凸151と凸152は、交互に配置されている。また、表の両端部は、凸151より幅の狭い凸151a、151bになっている。なお、凸151a、151bの幅の和は、他の凸151の幅と同じである。和が同じであれば、凸151a、151bの幅は、同じ、異なる、のいずれであってもよい。また、図2(B)に示すように、表面の凸151は、頂部が膨らんでいてもよく、裏面の凸152は、頂部152が凹んでいてもよい。この頂部のふくらみや凹みの曲率は、板150の凸151aから凸151bまでの長さ、凸151、凸152の高さと、から定めることが可能である。   FIG. 2 is an explanatory view showing a method of manufacturing an electromagnetic coil. In the present embodiment, as the electromagnetic coil 100, a plurality of electromagnetic coils that are solidified with resin and formed into a cylindrical shape are used. Each electromagnetic coil is wound around the axis with the normal direction of the side surface of the cylinder as the axial direction. In the step shown in FIG. 2A, a plate 150 having belt-like irregularities on the front and back is prepared. The plate 150 is made of resin and can be manufactured by, for example, injection molding. The plate 150 includes protrusions 151 on the front and protrusions 152 on the back. The protrusions 151 and the protrusions 152 are alternately arranged. In addition, both end portions of the table are protrusions 151 a and 151 b that are narrower than the protrusion 151. Note that the sum of the widths of the protrusions 151a and 151b is the same as the widths of the other protrusions 151. If the sum is the same, the widths of the protrusions 151a and 151b may be the same or different. Further, as shown in FIG. 2B, the top of the convex 151 on the front surface may swell, and the convex 152 on the back may have a concave top 152. The curvature of the top bulge or dent can be determined from the length from the projections 151 a to 151 b of the plate 150 and the heights of the projections 151 and 152.

図2(B)に示す工程では、裏面の各凸152の周りに導体を巻き、電磁コイル100A(内相コイル)を形成する。図2(C)に示す工程では、電磁コイル100Aが内側に位置するように板150を円筒形に曲げる。このとき、表面の2つの凸151a、151bを合致させて1つの凸151cとなるように曲げる。合致した凸151cの大きさは、他の凸151の大きさと同じである。また、表面の凸151の頂部が膨らんでおり、裏面の凸152の頂部が凹んでいる場合には、それぞれの頂部を滑らかに結んだ面は、滑らかな円筒形の側面となっている。滑らかな円筒形の側面であれば、後の工程において板150及び電磁コイル100A、100Bを樹脂で固めるときに、段差が生じにくい。図2(D)に示す工程では、板150から形成された円筒の外側表面の各凸151の周りに導体を巻き、電磁コイル100B(外相コイル)を形成する。図2(E)に示す工程では、円筒の内側及び外側の凹凸の間に樹脂500を埋めて円筒の内側、外側をなめらかにする。   In the step shown in FIG. 2B, a conductor is wound around each convex 152 on the back surface to form the electromagnetic coil 100A (inner phase coil). In the step shown in FIG. 2C, the plate 150 is bent into a cylindrical shape so that the electromagnetic coil 100A is positioned inside. At this time, the two protrusions 151a and 151b on the surface are matched and bent so as to become one protrusion 151c. The size of the matched convex 151 c is the same as the size of the other convex 151. Moreover, when the top part of the convex part 151 of the surface is bulging and the top part of the convex part 152 of the back surface is concave, the surface that smoothly connects the top parts is a smooth cylindrical side surface. If the side surface has a smooth cylindrical shape, a step is unlikely to occur when the plate 150 and the electromagnetic coils 100A and 100B are hardened with a resin in a later step. In the step shown in FIG. 2D, a conductor is wound around each protrusion 151 on the outer surface of the cylinder formed from the plate 150 to form the electromagnetic coil 100B (outer phase coil). In the step shown in FIG. 2E, the resin 500 is filled between the concave and convex portions on the inside and outside of the cylinder to smooth the inside and outside of the cylinder.

図3は、電磁コイルに樹脂を埋めるための樹脂充填装置を示す説明図である。図3(A)は樹脂充填装置400を下から見た図であり、図3(B)は樹脂充填装置400を横から見た図である。樹脂充填装置400は、底部401と、芯部402と、外壁403と、上蓋404と、樹脂充填管405と、を備える。図3(A)では、樹脂充填管405の記載を省略している。底部401は、略円盤形状の底部401aと、円筒形の側壁部401bと、を有している。上蓋404も同様に、底部404aと、円筒形の側壁部404bと、を有している。側壁部401bあるいは、側壁部404bの内径は、電磁コイル100の円筒の外径とほぼ同じ大きさである。芯部402は円柱形状をしている、芯部402の側面の曲率は、図2に示す凸152の頂部の凹みの曲率と同じであってもよい。また、芯部402の内部は、中空構造、充填構造いずれであってもよい。外壁403の内側面は、円筒形状をしている。本実施例では、電磁コイル100とコイルバックヨーク115とを一体成型するため、芯部402の側面と外壁403の内側面の間の間隔は、円筒形状の板150の凸151と凸152の高さの和よりも少し広くしている。なお、電磁コイル100のみ成型する場合には、芯部402の側面と外壁403の内側面の間の間隔は、円筒形状の板150の凸151の高さの2倍とほぼ同じであってもよい。樹脂充填管405は、上蓋404に接続されており、その接続位置は、芯部402の側面と外壁の内側面の間にあたる位置である。底部401と、芯部402と、外壁403と、上蓋404と、により形成される空間に、図2(D)で形成された、円筒形に変形された、コイル100A、100Bが巻かれた板150を配置する。このとき、コイルバックヨーク115を同時に配置してもよい。底部401と上蓋404との間を加圧しながら、樹脂充填管405から該空間に樹脂を注入することにより、樹脂で固められた円筒形の電磁コイル100が形成される。   FIG. 3 is an explanatory view showing a resin filling device for filling the electromagnetic coil with resin. 3A is a view of the resin filling device 400 as viewed from below, and FIG. 3B is a view of the resin filling device 400 as viewed from the side. The resin filling device 400 includes a bottom portion 401, a core portion 402, an outer wall 403, an upper lid 404, and a resin filling tube 405. In FIG. 3A, the resin-filled tube 405 is not shown. The bottom 401 has a substantially disc-shaped bottom 401a and a cylindrical side wall 401b. Similarly, the upper lid 404 has a bottom portion 404a and a cylindrical side wall portion 404b. The inner diameter of the side wall 401b or the side wall 404b is substantially the same as the outer diameter of the cylinder of the electromagnetic coil 100. The core portion 402 has a cylindrical shape, and the curvature of the side surface of the core portion 402 may be the same as the curvature of the depression at the top of the protrusion 152 shown in FIG. Moreover, the inside of the core part 402 may be either a hollow structure or a filling structure. The inner side surface of the outer wall 403 has a cylindrical shape. In this embodiment, since the electromagnetic coil 100 and the coil back yoke 115 are integrally molded, the distance between the side surface of the core portion 402 and the inner surface of the outer wall 403 is set to be high between the convex 151 and the convex 152 of the cylindrical plate 150. It is a little wider than the sum. When only the electromagnetic coil 100 is molded, the distance between the side surface of the core portion 402 and the inner side surface of the outer wall 403 may be substantially the same as twice the height of the projection 151 of the cylindrical plate 150. Good. The resin filling tube 405 is connected to the upper lid 404, and the connection position is a position between the side surface of the core portion 402 and the inner surface of the outer wall. A plate formed by winding the coils 100A and 100B into a space formed by the bottom portion 401, the core portion 402, the outer wall 403, and the upper lid 404, which is formed in FIG. 150 is arranged. At this time, the coil back yoke 115 may be disposed at the same time. By injecting resin into the space from the resin filling tube 405 while pressurizing between the bottom 401 and the upper lid 404, the cylindrical electromagnetic coil 100 solidified with resin is formed.

図4は、電磁コイルを樹脂で固める工程を示す説明図である。なお、本実施例では、コイルバックヨーク115も同時に樹脂で固める。図4(A)に示す工程では、底部401の上、底部401の中央に芯部402を配置する。次に、図2(D)の工程で形成された、電磁コイル100A、100Bが巻かれた円筒形に変形された板150を配置する。このとき、円筒形の板150の内側に芯部402が収まるように、板150を配置する。図4(B)に示す工程では、円筒形の板150の外側にコイルバックヨーク115を配置する。コイルバックヨーク115は、底部401の側壁部401bの上に乗るように配置される。そして、コイルバックヨーク115の円筒の長さ方向の中心と、板150の円筒の長さ方向の中心の位置はほぼ同じである。したがって、底部401の側壁部401bの高さは、板150の円筒の長さと、コイルバックヨーク115の円筒の長さの差の半分であることが好ましい。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing a process of hardening the electromagnetic coil with resin. In this embodiment, the coil back yoke 115 is also simultaneously hardened with resin. In the step illustrated in FIG. 4A, the core portion 402 is disposed on the bottom portion 401 and in the center of the bottom portion 401. Next, the plate 150 formed in the step of FIG. 2D and transformed into a cylindrical shape around which the electromagnetic coils 100A and 100B are wound is disposed. At this time, the plate 150 is arranged so that the core portion 402 is accommodated inside the cylindrical plate 150. In the step shown in FIG. 4B, the coil back yoke 115 is disposed outside the cylindrical plate 150. The coil back yoke 115 is disposed on the side wall portion 401 b of the bottom portion 401. The center of the coil back yoke 115 in the length direction of the cylinder and the position of the center of the plate 150 in the length direction of the cylinder are substantially the same. Therefore, the height of the side wall 401b of the bottom 401 is preferably half of the difference between the length of the plate 150 and the length of the coil back yoke 115.

図4(C)に示す工程では、コイルバックヨーク115の外側に、側壁部401bの上に乗るように外壁403を配置する。外壁403の長さは、コイルバックヨーク115の長さとほぼ同じであることが好ましい。図4(D)に示す工程では、上蓋404を配置する。なお、上蓋404には、樹脂充填管405が接続されている。図4(E)に示す工程では、上蓋404と底部401との間を加圧しながら、樹脂充填管405から樹脂を充填する。   In the step shown in FIG. 4C, the outer wall 403 is disposed outside the coil back yoke 115 so as to ride on the side wall 401b. The length of the outer wall 403 is preferably substantially the same as the length of the coil back yoke 115. In the step shown in FIG. 4D, the upper lid 404 is disposed. A resin filling tube 405 is connected to the upper lid 404. In the step shown in FIG. 4E, the resin is filled from the resin filling tube 405 while pressurizing between the upper lid 404 and the bottom 401.

図5は、コイルバックヨーク115の構成を示す説明図である。コイルバックヨーク115は、複数の穴あき円盤115aを備える。穴あき円盤115aは、円筒形に積層され、コイルバックヨーク115を形成する。各穴あき円盤115aは、鋼板材の平板を打ち抜くことにより、容易に製造することが可能である。隣接する穴あき円盤115a間は、無垢の場合よりも高抵抗、あるいは絶縁されているので、渦電流損を少なくする効果が大きい。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the coil back yoke 115. The coil back yoke 115 includes a plurality of perforated disks 115a. The perforated disc 115 a is laminated in a cylindrical shape to form a coil back yoke 115. Each perforated disk 115a can be easily manufactured by punching a flat plate of a steel plate material. Since the adjacent perforated discs 115a are more resistant or insulated than in the case of pure, the effect of reducing eddy current loss is great.

図6は、コイルバックヨーク115の他の構成例を示す説明図である。コイルバックヨーク115は、幅より小さい厚さを有する板115bを厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている。板115bを螺旋状に巻く場合には、部材が1つであり、穴あき円盤115aを円筒形にそろえる必要がないので、コイルバックヨーク115の成形や製造が容易である。   FIG. 6 is an explanatory view showing another configuration example of the coil back yoke 115. The coil back yoke 115 is formed by spirally winding a plate 115b having a thickness smaller than the width in the thickness direction. When the plate 115b is spirally wound, the number of members is one and it is not necessary to align the perforated disk 115a into a cylindrical shape, so that the coil back yoke 115 can be easily formed and manufactured.

図7は、渦電流の測定を模式的に示す説明図である。被測定モーター11は、永久磁石200と、回転軸230と、コイルバックヨーク115とを備える。回転軸230は、カップリング310により駆動モーター300に接続されている。本実施例では、駆動モーター300により、被測定モーター11を駆動し、駆動モーターの駆動電圧及び電流、並びに被測定モーター11に発生する逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、これらの測定結果を用いて被測定モーター11の渦電流損を取得する。本実施例では、コイルバックヨーク115の構造として、たとえば、無垢の構造や、板厚の異なる穴あき円盤115aを複数重ねてなる積層構造を採用し、逆起電力電圧及び逆起電力電流を測定し、それらの測定結果を用いて渦電流損の特性を取得した。   FIG. 7 is an explanatory view schematically showing measurement of eddy current. The measured motor 11 includes a permanent magnet 200, a rotating shaft 230, and a coil back yoke 115. The rotating shaft 230 is connected to the drive motor 300 by a coupling 310. In this embodiment, the measured motor 11 is driven by the drive motor 300, the drive voltage and current of the drive motor, and the back electromotive force voltage and back electromotive force current generated in the measured motor 11 are measured. The eddy current loss of the measured motor 11 is acquired using the result. In this embodiment, as the structure of the coil back yoke 115, for example, a solid structure or a laminated structure in which a plurality of perforated disks 115a having different plate thicknesses are stacked is employed, and the back electromotive force voltage and the back electromotive force current are measured. And the characteristic of eddy current loss was acquired using those measurement results.

図8は、本実施例の渦電流損を示す説明図である。ここでは、コイルバックヨーク115の構造が穴あき円盤115aの積層構造であるものと、コイルバックヨーク115が穴あき円盤115aの積層構造でない、無垢の構造であるものとを比較している。コイルバックヨーク115が無垢の構造である場合よりも、コイルバックヨーク115が積層構造を有する場合(図8参照)の方が、渦電流損が少なくなっている。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing eddy current loss in this embodiment. Here, the structure of the coil back yoke 115 is a laminated structure of the holed disk 115a and the structure of the coil back yoke 115 is a solid structure that is not the laminated structure of the holed disk 115a. Eddy current loss is smaller when the coil back yoke 115 has a laminated structure (see FIG. 8) than when the coil back yoke 115 has a solid structure.

図9は、コイルバックヨーク115が積層構造をとる場合における、穴あき円盤115aの厚さと渦電流損の関係を示す説明図である。穴あき円盤115aの厚さが薄い方が、渦電流損が少ない結果となっている。ここでは、板厚0.1mmについては、材料として、JFEスチール株式会社のJNEXコアを用いた。図9(B)にJNEXコアのデータを掲載する。図9(B)には、JFEスチール株式会社の別の材料JNHFコアのデータも掲載している。このJNHFコアについても同様に渦電流を求めたところ、図9(A)には掲載していないが、JNEXコアよりもやや渦電流が少ないものであり、JNEXコアの逆起電力電圧と同等以上の結果が得られている。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the thickness of the perforated disk 115a and the eddy current loss when the coil back yoke 115 has a laminated structure. The thinner the perforated disk 115a, the smaller the eddy current loss. Here, as for the plate thickness of 0.1 mm, a JNEX core manufactured by JFE Steel Corporation was used. FIG. 9B shows the JNEX core data. FIG. 9B also shows data on another material JNHF core of JFE Steel Corporation. When the eddy current was similarly obtained for this JNHF core, it is not shown in FIG. 9A, but the eddy current is slightly less than that of the JNEX core, which is equal to or higher than the back electromotive force voltage of the JNEX core. The result is obtained.

上記の結果は、以下の理由によるものと考えられる。渦電流は回転する永久磁石200の磁束の移動方向と垂直の方向、すなわち2枚の穴あき円盤115aの境界が為す面と垂直な方向に発生する。したがって、薄い穴あき円盤115aを重ねてコイルバックヨーク115を形成した方が、すなわち、積層構造の方が、コイルバックヨーク115に流れる渦電流を少なくすることができ、渦電流損を小さくすることが可能となる。そして、穴あき円盤115aの積層数が多いほど、すなわち、穴あき円盤115aが薄いほどより渦電流を少なくすることが可能となる。なお、隣接する穴あき円盤115a間に絶縁物を挿入してもよい。隣接する穴あき円盤115aにおいて渦電流がより移動しにくくなる。   The above results are considered to be due to the following reasons. The eddy current is generated in a direction perpendicular to the moving direction of the magnetic flux of the rotating permanent magnet 200, that is, a direction perpendicular to the plane formed by the boundary between the two perforated disks 115a. Therefore, when the coil back yoke 115 is formed by stacking the thin perforated disks 115a, that is, the laminated structure can reduce the eddy current flowing through the coil back yoke 115 and reduce the eddy current loss. Is possible. The eddy current can be reduced as the number of the stacked discs 115a increases, that is, as the perforated disc 115a is thinner. An insulator may be inserted between adjacent perforated disks 115a. The eddy current is less likely to move in the adjacent holed disk 115a.

図10は、本実施例によるコアレスモーターと、同体積の比較例であるコア付モーターの特性を比較する説明図である。モーター定格回転トルク特性(回転数3000rpm、トルク300mNm)では、比較例の温度上昇が65℃であるのに対し、本実施例のコアレスモーターの温度上昇は55℃であり、本実施例の方が、温度上昇、すなわち、発熱が小さい。このことは、本実施例によりロ−ター側の磁石200の磁束がコイルバックヨーク115により集中するため有効コイル領域への磁束密度が上昇するために、電磁コイル100へ流れる電流が減り電磁コイル100からの銅損失が減少した結果と、ローター側の磁石200の回転する磁界によりコイルバックヨーク115に生じる渦電流損は、渦電流損を発生させないコイルバックヨーク構造により発熱が小さくなる。更に、コアレスモーターのコイルバックヨーク115による効果は、始動トルクで136%、瞬時最大トルク(6000rpmを定回転制御させて、3秒間負荷トルクを上昇させ6000rpmが維持できなくなった時のトルク)で139%と、コア付きモーターを大きく超えた結果が得られた。このことは、従来コアレスモータ(コイルバックヨークの無い)は、コア付きモーターに比べて同体積比較では、40%以下程度のトルクしか得られなかったのが現状で、この結果によりコア付きモーター以上の特性効果は、モーター分野にとってコアレスモーター特性の常識を塗り替え、鉄損失(ヒステリシス損、渦電流損)Zero化に向けて非常に重要な意味を持つ。   FIG. 10 is an explanatory diagram comparing the characteristics of the coreless motor according to the present embodiment and the cored motor which is a comparative example of the same volume. In the rated motor torque characteristics (rotation speed 3000 rpm, torque 300 mNm), the temperature rise of the comparative example is 65 ° C, whereas the temperature rise of the coreless motor of this embodiment is 55 ° C. Temperature rise, that is, heat generation is small. This is because the magnetic flux of the rotor-side magnet 200 is concentrated by the coil back yoke 115 according to the present embodiment, so that the magnetic flux density to the effective coil region is increased. The eddy current loss generated in the coil back yoke 115 due to the reduced copper loss from the rotor and the rotating magnetic field of the rotor-side magnet 200 is reduced by the coil back yoke structure that does not generate eddy current loss. Further, the effect of the coil back yoke 115 of the coreless motor is that the starting torque is 136%, and the instantaneous maximum torque (torque when 6000 rpm cannot be maintained by increasing the load torque for 3 seconds by controlling the constant rotation of 6000 rpm) is 139. %, A result far exceeding the cored motor was obtained. This means that the conventional coreless motor (without the coil back yoke) can only obtain a torque of about 40% or less compared to the motor with the core in the same volume comparison. This characteristic effect has a very important meaning for the motor field, rewriting the common sense of coreless motor characteristics, and achieving iron loss (hysteresis loss, eddy current loss) Zero.

図11は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと回転数の関係を比較する説明図である。ここで、実線が本実施例であり、破線が比較例である(以下、図12〜15において同じ)。本実施例と比較例の無負荷回転数はほぼ同じであるが、より大きな始動トルクを得ることができる。図12は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと電流と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも電流が少なくて済み、同じ電流であれば、比較例よりも大きなトルクを得ることができる。   FIG. 11 is an explanatory diagram comparing the relationship between the torque and the rotational speed of the coreless motor of the present embodiment and the cored motor of the comparative example having the same volume. Here, a solid line is a present Example and a broken line is a comparative example (the following is the same in FIGS. 12-15). This embodiment and the comparative example have substantially the same no-load rotational speed, but a larger starting torque can be obtained. FIG. 12 is an explanatory diagram comparing the relationship between torque and current in the coreless motor of the present embodiment and the cored motor of the comparative example. In this embodiment, if the torque is the same, less current is required than in the comparative example, and if the current is the same, a larger torque than in the comparative example can be obtained.

図13は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと入力電力と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクを得ようとすると、比較例よりも入力電力が少なくて済み、同じ入力電力であればすれば、より多くのトルクを得ることが出来る。図14は、本実施例のコアレスモーターと、比較例のコア付モーターの、トルクと出力電力(仕事)と、の関係を比較する説明図である。図15は、本実施例のコアレスモーターと、同体積による比較例のコア付モーターの、トルクと効率(=出力電力/入力電力)と、の関係を比較する説明図である。本実施例は、同じトルクであれば、比較例よりも効率がよい。以上のことから、本実施例のモーター(コアレスモーター)は、比較例のコア付モーターよりも高トルクで運転でき、より高性能を実現できるといえる。   FIG. 13 is an explanatory diagram comparing the relationship between torque and input power of the coreless motor of the present embodiment and the cored motor of the comparative example having the same volume. In this embodiment, if the same torque is to be obtained, less input power is required than in the comparative example, and more torque can be obtained if the input power is the same. FIG. 14 is an explanatory diagram comparing the relationship between torque and output power (work) between the coreless motor of the present embodiment and the cored motor of the comparative example. FIG. 15 is an explanatory diagram comparing the relationship between torque and efficiency (= output power / input power) of the coreless motor of the present embodiment and the cored motor of the comparative example having the same volume. This example is more efficient than the comparative example if the torque is the same. From the above, it can be said that the motor (coreless motor) of the present embodiment can be operated at a higher torque than the motor with a core of the comparative example, and can realize higher performance.

以上、第1の実施例によれば、有効コイル領域と重なる部分において、コイルバックヨーク115を配置し、さらにコイルバックヨーク115円筒形部材114に積層構造を持たせることにより、コイルバックヨーク115に生じる渦電流損を少なくすることが可能となる。そして、渦電流損は損失であるので、これを少なくすることにより、高トルクを実現することが可能となる。コイルバックヨーク115に生じる渦電流は、ローター20の回転方向と垂直な方向である。したがって、コイルバックヨーク115を構成する穴あき円盤115aは、ローター20の回転方向と平行、すなわち、ローター20の回転方向と平行な層構造を備えることが好ましい。この構造を採用することにより、渦電流が流れにくく、結果的に渦電流損を発生させないことに繋がる。   As described above, according to the first embodiment, the coil back yoke 115 is disposed in the portion overlapping with the effective coil region, and the coil back yoke 115 is provided with a laminated structure, thereby providing the coil back yoke 115 with a laminated structure. It is possible to reduce the eddy current loss that occurs. And since an eddy current loss is a loss, it becomes possible to implement | achieve high torque by reducing this. The eddy current generated in the coil back yoke 115 is in a direction perpendicular to the rotation direction of the rotor 20. Therefore, it is preferable that the perforated disk 115a constituting the coil back yoke 115 has a layer structure parallel to the rotation direction of the rotor 20, that is, parallel to the rotation direction of the rotor 20. By adopting this structure, it is difficult for eddy currents to flow, and as a result, no eddy current loss occurs.

本実施例では、コイルバックヨーク115は、有効コイル領域を覆い、コイルエンドを覆っていない。そのため、コイルエンドを流れる電流の変化による磁束変化の影響を受け難く、当該磁束の変化による渦電流の発生を抑制できる。また、永久磁石200の磁束の投射領域を有効コイル領域と一致させるように、永久磁石200を配置すれば、コイルエンド部における永久磁石200の回転による磁束の変化による渦電流も抑制できる。   In the present embodiment, the coil back yoke 115 covers the effective coil region and does not cover the coil end. Therefore, it is difficult to be affected by the change in magnetic flux due to the change in the current flowing through the coil end, and the generation of eddy current due to the change in the magnetic flux can be suppressed. Moreover, if the permanent magnet 200 is arranged so that the projection area of the magnetic flux of the permanent magnet 200 coincides with the effective coil area, eddy current due to a change in magnetic flux due to the rotation of the permanent magnet 200 in the coil end portion can be suppressed.

[第2の実施例]
図16は、第2の実施例を示す説明図である。第2の実施例は、第1の実施例と比較すると、ケーシング110において円筒形状部分111を有していない点が異なっている。そして、第2の実施例は、コイルバックヨーク115が、ケーシング110の外に突出している。コイルバックヨーク115の構成は、第1の実施例と同じである。そして、突出したコイルバックヨーク115の外側には、熱伝導性樹脂510が形成されている。第2の実施例の構成であっても、コイルバックヨーク115に生じる渦電流を少なくして、コアレスモーターの効率を向上させることが可能となる。また、第2の実施例では、コイルバックヨーク115がケーシング110の外に突出しているので、渦電流損による発熱が生じても、放熱しやすい。また、本実施例では、バックヨーク115に外側に、熱伝導性樹脂510を備えているので、渦電流損により生じた熱を、熱伝導性樹脂510を介して放熱し易くなっている。
[Second Embodiment]
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the casing 110 does not have the cylindrical portion 111. In the second embodiment, the coil back yoke 115 protrudes outside the casing 110. The configuration of the coil back yoke 115 is the same as that of the first embodiment. A heat conductive resin 510 is formed outside the protruding coil back yoke 115. Even in the configuration of the second embodiment, it is possible to reduce the eddy current generated in the coil back yoke 115 and improve the efficiency of the coreless motor. In the second embodiment, since the coil back yoke 115 protrudes outside the casing 110, it is easy to dissipate heat even if heat is generated due to eddy current loss. Further, in this embodiment, the back yoke 115 is provided with the heat conductive resin 510 on the outside, so that heat generated by eddy current loss can be easily radiated through the heat conductive resin 510.

[第3の実施例]
図17は、第3の実施例を示す説明図である。第3の実施例は、コアレスブラシモーターである。第1、第2の実施例では、電磁コイル100がステーター15に設けられ、永久磁石200がローター20に設けられていた。これに対し、第3の実施例では、電磁コイル100がローター20に設けられ、永久磁石200がステーター15に設けられている。すなわち、第1、第2の実施例では、永久磁石が回転するが、第3の実施例では、電磁コイル100が回転する。第3の実施例では、回転する電磁コイル100に流れる電流の向きを変えるためのコミューター170と、コミューター170に接触するブラシ160を備えている。電磁コイル100の永久磁石200と反対側には、コイルバックヨーク115が設けられている。
[Third embodiment]
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the third embodiment. The third embodiment is a coreless brush motor. In the first and second embodiments, the electromagnetic coil 100 is provided on the stator 15, and the permanent magnet 200 is provided on the rotor 20. On the other hand, in the third embodiment, the electromagnetic coil 100 is provided on the rotor 20 and the permanent magnet 200 is provided on the stator 15. That is, in the first and second embodiments, the permanent magnet rotates, but in the third embodiment, the electromagnetic coil 100 rotates. In the third embodiment, a commuter 170 for changing the direction of current flowing in the rotating electromagnetic coil 100 and a brush 160 in contact with the commuter 170 are provided. A coil back yoke 115 is provided on the opposite side of the electromagnetic coil 100 from the permanent magnet 200.

図18は、本実施例と比較例のコアレスモーターとのトルク特性を比較する説明図である。本実施例、比較例A〜Dとも、永久磁石200の磁石材として、ネオジウムを用いている。最大連続トルク300mNは、比較例Dまたは本実施例しか実現ですることは出来ない。この場合、比較例Dでは、出力が250Wと大出力を要するのに対し、本実施例では、出力が100Wで済む。本実施例では、少ない出力、すなわち、より少ない消費電力で、高トルクを実現できる。また、本実施例は、比較例A、Cと同様に小型である。一般に、小型のモーターでは、トルクを大きくし難い。しかし、本実施例は、小型であるにも関わらず、高トルクを実現することができる。すなわち、本実施例によれば、小型低消費電力でありながら、高トルクのモーターを実現できる。   FIG. 18 is an explanatory diagram comparing the torque characteristics of the coreless motors of the present embodiment and the comparative example. In this example and Comparative Examples A to D, neodymium is used as the magnet material of the permanent magnet 200. A maximum continuous torque of 300 mN can only be realized in Comparative Example D or this example. In this case, the output of Comparative Example D requires a large output of 250 W, while the output of 100 W is sufficient in the present embodiment. In the present embodiment, a high torque can be realized with a small output, that is, with less power consumption. In addition, this example is small like Comparative Examples A and C. In general, it is difficult to increase torque with a small motor. However, although the present embodiment is small, high torque can be realized. That is, according to the present embodiment, it is possible to realize a motor having a high torque while being small in size and low in power consumption.

[第4の実施例]
図19は、第4の実施例のコアレスモーターの構成を模式的に示す説明図である。図19(A)は、コアレスモーター10を回転軸に平行な面で切った断面であり、図19(B)は、コアレスモーターを回転軸に垂直な面(19B−19B切断面)で切った断面である。
[Fourth embodiment]
FIG. 19 is an explanatory view schematically showing the configuration of the coreless motor of the fourth embodiment. 19A is a cross section of the coreless motor 10 cut along a plane parallel to the rotation axis, and FIG. 19B is a cross section of the coreless motor 10 cut along a plane perpendicular to the rotation axis (19B-19B cut plane). It is a cross section.

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の内周に沿って配列された複数の電磁コイル100A、100Bを有している。電磁コイル100A、100Bは、コアレス(空心)である。なお、電磁コイル100A、100Bを合わせて電磁コイル100とも呼ぶ。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、電磁コイル100の各相に1つずつ配置されている(図1(A))。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。   The coreless motor 10 is an inner rotor type motor having a radial gap structure in which a substantially cylindrical stator 15 is disposed outside and a substantially cylindrical rotor 20 is disposed inside. The stator 15 has a plurality of electromagnetic coils 100 </ b> A and 100 </ b> B arranged along the inner periphery of the casing 110. The electromagnetic coils 100A and 100B are coreless (air core). The electromagnetic coils 100A and 100B are also collectively referred to as the electromagnetic coil 100. The stator 15 is further provided with one magnetic sensor 300 as a position sensor for detecting the phase of the rotor 20, one for each phase of the electromagnetic coil 100 (FIG. 1A). The magnetic sensor 300 is fixed on the circuit board 310, and the circuit board 310 is fixed to the casing 110.

ローター20は、中心に回転軸230を有し、外周に6つの永久磁石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。また、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。   The rotor 20 has a rotating shaft 230 at the center and six permanent magnets 200 on the outer periphery. Each permanent magnet 200 is magnetized along the radial direction (radial direction) from the center of the rotating shaft 230 toward the outside. Further, the permanent magnet 200 and the electromagnetic coil 100 are disposed to face the cylindrical surfaces of the rotor 20 and the stator 15 that are opposed to each other.

回転軸230は、ケーシング110の軸受け240で支持されており、軸受け240は、ベアリングボール241を備えている。本実施例では、ケーシング110の内側に、コイルバネ260を備えている。このコイルバネ260は、永久磁石200を図の左方向に押すことによって、永久磁石200の位置決めを行っている。但し、コイルバネ260は省略可能である。   The rotating shaft 230 is supported by a bearing 240 of the casing 110, and the bearing 240 includes a bearing ball 241. In this embodiment, a coil spring 260 is provided inside the casing 110. The coil spring 260 positions the permanent magnet 200 by pushing the permanent magnet 200 leftward in the figure. However, the coil spring 260 can be omitted.

ケーシング110は、回転軸230と平行な円筒形状部分(側面部)111と、円筒形状部分111の両端に配置された、回転軸230と垂直な円盤形状部分(端面部)112とで構成されている。円筒形状部分111と円盤形状部分112は、樹脂で形成されている。円筒形状部分111の中央部113は、磁性体部材で形成されている。中央部113は、ケーシング110のうち、永久磁石200から電磁コイル100へ向かう方向に永久磁石200を投射したときのケーシング110を投射する領域である。なお、中央部113を、「有効長領域113」とも呼ぶ。また、中央部113は、円筒形形状をしているので、「円筒形部材113」とも呼ぶ。有効長領域113を、磁性体部材で構成し、コイルバックヨークとして機能させて、磁束線201を有効長領域113に集めてもよい。この場合、磁束線201は電磁コイル100の有効コイル領域のみを通りやすくなり、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。なお、この有効長領域113は、第1の実施例で示した有効コイル領域とほぼ重なっている。   The casing 110 includes a cylindrical portion (side surface portion) 111 parallel to the rotation shaft 230, and a disk-shaped portion (end surface portion) 112 that is disposed at both ends of the cylindrical portion 111 and is perpendicular to the rotation shaft 230. Yes. The cylindrical portion 111 and the disc-shaped portion 112 are made of resin. A central portion 113 of the cylindrical portion 111 is formed of a magnetic member. The center part 113 is an area | region which projects the casing 110 when the permanent magnet 200 is projected in the direction which goes to the electromagnetic coil 100 from the permanent magnet 200 among the casings 110. The central portion 113 is also referred to as “effective length region 113”. Further, since the central portion 113 has a cylindrical shape, it is also referred to as a “cylindrical member 113”. The effective length region 113 may be formed of a magnetic member and function as a coil back yoke so that the magnetic flux lines 201 are collected in the effective length region 113. In this case, the magnetic flux lines 201 can easily pass only through the effective coil region of the electromagnetic coil 100, and the efficiency of the coreless motor 10 can be improved. This effective length region 113 substantially overlaps the effective coil region shown in the first embodiment.

また、有効長領域113は、コアレスモーター10の外部に露出している。そして、有効長領域113は、磁性体部材であると同時に、導電性部材でも良い。有効長領域113は、コイルバックヨークとして機能するので、永久磁石200からの磁束線201は、電磁コイル100の内側を通り、有効長領域113を貫通し易い。ここで、ローター20が回転すると、永久磁石200も回転する。これにより、有効長領域113を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失(渦電流損)が生じ、熱として放出される。本実施例では、有効長領域113が、コアレスモーター10の外部に露出しているため、渦電流損による熱が生じても、その熱をコアレスモーター10の外部に容易に排出し、コアレスモーター10内部に籠もることを抑制することが可能となる。なお、有効長領域113を構成する材料として、アルミ材等の熱伝導率が大きく放熱効果がある材料で覆ってもよい。こうすれば、更に放熱効果を高め、高トルク化が可能となる。なお、有効長領域113は、第1の実施例のコイルバックヨーク115と同様に、穴あき円盤を積層した構造(図5参照)、あるいは、細長い板を螺旋に巻いた構造(図6参照)を有していてもよい。尚、高透磁率の磁性体として注目されている金属ガラスでは、厚さが0.025mmまで薄く成形できるため更なる渦電流損を軽減できる。   Further, the effective length region 113 is exposed to the outside of the coreless motor 10. The effective length region 113 is not only a magnetic member but also a conductive member. Since the effective length region 113 functions as a coil back yoke, the magnetic flux lines 201 from the permanent magnet 200 easily pass through the effective length region 113 through the inside of the electromagnetic coil 100. Here, when the rotor 20 rotates, the permanent magnet 200 also rotates. As a result, the magnetic flux penetrating the effective length region 113 changes, and an electric current that creates the magnetic flux in a direction that prevents the magnetic flux from changing, that is, an eddy current is generated. When an eddy current flows, a power loss (eddy current loss) is generated and released as heat. In this embodiment, since the effective length region 113 is exposed to the outside of the coreless motor 10, even if heat is generated due to eddy current loss, the heat is easily discharged to the outside of the coreless motor 10. It is possible to suppress clogging inside. Note that the material constituting the effective length region 113 may be covered with a material having a high thermal conductivity such as an aluminum material and having a heat dissipation effect. In this way, the heat dissipation effect can be further enhanced and the torque can be increased. The effective length region 113 has a structure in which perforated disks are stacked (see FIG. 5), or a structure in which an elongated plate is spirally wound (see FIG. 6), like the coil back yoke 115 of the first embodiment. You may have. In addition, since the metal glass which is attracting attention as a magnetic material having a high magnetic permeability can be formed as thin as 0.025 mm, further eddy current loss can be reduced.

図20は、中央部と電磁コイルの位置の関係を模式的に示す説明図である。中央部113(有効長領域113)は、円盤形状部分112のうち、2つのコイルエンド101A、101Bの間の領域と重なる。図19における説明では、有効長領域113の範囲(有効長領域)を、永久磁石200を放射方向に投射した領域として定めたが、このように、2つのコイルエンド101A、101Bとの関係で定めてもよい。また、有効超領域113を、永久磁石200を放射方向に投射した領域としてもよい。   FIG. 20 is an explanatory view schematically showing the relationship between the central portion and the position of the electromagnetic coil. The central portion 113 (effective length region 113) overlaps the region between the two coil ends 101A and 101B in the disk-shaped portion 112. In the description of FIG. 19, the range (effective length region) of the effective length region 113 is determined as a region in which the permanent magnet 200 is projected in the radial direction, but is thus determined by the relationship between the two coil ends 101A and 101B. May be. Further, the effective super region 113 may be a region where the permanent magnet 200 is projected in the radial direction.

また、本実施例では、ケーシング110の軸受け240は、非導電性材料で構成されているが、この有効長流域のコイルバックヨーク115の設計上によっては、軸受け240を非導電性材料にしても良いが、この場合は機械損失、回転数、寿命等の制約に注意を払うことが好ましい。   In this embodiment, the bearing 240 of the casing 110 is made of a non-conductive material. However, depending on the design of the coil back yoke 115 in the effective long flow region, the bearing 240 may be made of a non-conductive material. In this case, it is preferable to pay attention to constraints such as mechanical loss, rotational speed, and service life.

図21は、無負荷電流と無負荷電力について本実施例と変形例とを比較する説明図である。図21(A)が変形例における結果を示し、図21(B)は本実施例における結果を示している。変形例のモーターは、ケーシング110が、ステンレス合金、すなわち導電性材料、で構成されている点で、図19、20に示した本実施例と異なっている。本実施例の方が変形例よりも、無負荷電流、無負荷電力の大きさと傾きが小さく、効率がよい。これは、変形例と異なり、本実施例ではケーシング110に渦電流損が生じないので、その分コアレスモーターの駆動電力が減って、効率が良くなったものと考えられる。また、渦電流損が生じないので、ケーシング110からの発熱を抑制することが可能となる。   FIG. 21 is an explanatory diagram comparing the present embodiment and the modification with respect to no-load current and no-load power. FIG. 21A shows the result in the modified example, and FIG. 21B shows the result in the present example. The motor of the modification is different from the present embodiment shown in FIGS. 19 and 20 in that the casing 110 is made of a stainless alloy, that is, a conductive material. In this embodiment, the magnitude and inclination of no-load current and no-load power are smaller and the efficiency is better than that of the modified example. This is different from the modification example. In this embodiment, since no eddy current loss occurs in the casing 110, it is considered that the driving power of the coreless motor is reduced correspondingly and the efficiency is improved. In addition, since no eddy current loss occurs, heat generation from the casing 110 can be suppressed.

本実施例では、有効長領域113は、2つのコイルエンド101A、101Bとの関係では、2つのコイルエンド101A、101Bの間の領域と重なる領域としているが、有効長領域113は、2つのコイルエンド101A、101Bと重なる部分を有していてもよい。   In this embodiment, the effective length area 113 is an area that overlaps the area between the two coil ends 101A and 101B in relation to the two coil ends 101A and 101B. You may have a part which overlaps with end 101A, 101B.

図22は、モーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。渦電流損の測定は、図7に示す方法を用いて実行した。なお、図7では、コイルバックヨーク115を用いているが、図22の結果は、図7のコイルバックヨーク115の代わりに円筒形部材113を用いたときの結果である。ここで、線Xは、円筒形部材113が積層構造を有さない無垢の構造である場合における特性を示している。線Y、Zは、円筒形部材113が、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する場合における特性を示している。ここで、線Yは、穴あき円盤(図5参照)の厚さが0.5mmの場合を示し、線Zは、穴あき円盤の厚さが0.1mmの場合を示している。円筒形部材113が無垢の構造である場合よりも、円筒形部材113が積層構造を有する場合の方が、渦電流損が少なくなっている。そして、穴あき円盤の厚さが薄い方が、渦電流損が少ない。この理由は、第1の実施例におけるコイルバックヨーク115についての理由と同じである。   FIG. 22 is a graph showing the relationship between the motor speed and eddy current loss. The measurement of eddy current loss was performed using the method shown in FIG. Although the coil back yoke 115 is used in FIG. 7, the result of FIG. 22 is a result when the cylindrical member 113 is used instead of the coil back yoke 115 of FIG. Here, the line X shows the characteristic in the case where the cylindrical member 113 has a solid structure without a laminated structure. Lines Y and Z indicate characteristics when the cylindrical member 113 has a laminated structure in which a large number of perforated disks are laminated. Here, the line Y indicates the case where the thickness of the perforated disk (see FIG. 5) is 0.5 mm, and the line Z indicates the case where the thickness of the perforated disk is 0.1 mm. The eddy current loss is less when the cylindrical member 113 has a laminated structure than when the cylindrical member 113 has a solid structure. The eddy current loss is smaller when the perforated disk is thinner. The reason for this is the same as the reason for the coil back yoke 115 in the first embodiment.

[第5の実施例]
また、上記説明では、ラジアルギャップ構造のモーターを例にとって説明したが、アキシャルギャップ構造のモーターであっても同様の適用が可能である。図23は、第5の実施例であるアキシャルギャップ型モーターの構成を示す説明図である。ローター20とステーター15は、ローター20の回転軸230に垂直な第1と第2の円盤形状を有している。そして、永久磁石200と電磁コイル100は、ローター20とステーター15の対向する円盤面に対向して配置されている。永久磁石200から電磁コイル100に向かって磁束線201を投射したときの投射領域(有効長領域113)に磁性体部材を有している。なお、アキシャルギャップ構造の場合、有効長領域113は、穴あき円盤形状を有しており、端面部に設けられている。なお、有効長領域113は、電磁コイル100が有する2つのコイルエンドのうちの第1のコイルエンドと、第2のコイルエンドとの間の部分と重なっていてもよく、永久磁石200を回転させながら回転軸230と平行な方向に投射したときの投射領域と重なっていてもよい。
[Fifth embodiment]
In the above description, a motor with a radial gap structure has been described as an example, but the same application is possible even with a motor with an axial gap structure. FIG. 23 is an explanatory diagram showing a configuration of an axial gap type motor that is the fifth embodiment. The rotor 20 and the stator 15 have first and second disk shapes perpendicular to the rotation shaft 230 of the rotor 20. And the permanent magnet 200 and the electromagnetic coil 100 are arrange | positioned facing the disk surface which the rotor 20 and the stator 15 oppose. It has a magnetic member in the projection area (effective length area 113) when the magnetic flux line 201 is projected from the permanent magnet 200 toward the electromagnetic coil 100. In the case of the axial gap structure, the effective length region 113 has a perforated disk shape and is provided on the end surface portion. Note that the effective length region 113 may overlap a portion between the first coil end and the second coil end of the two coil ends of the electromagnetic coil 100, and rotate the permanent magnet 200. However, it may overlap with the projection area when projected in the direction parallel to the rotation axis 230.

[第6の実施例]
図24は、第6の実施例を示す説明図である。第6の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図24(A)は、アキシャルギャップ型モーター10(以下、単に「モーター10」とも呼ぶ。)を回転軸230と平行な面で切ったときの断面図を示している。図24(B)は、ローターの平面図を示し、図24(C)は、電磁コイル100Aの平面図を示し、図24(D)は、電磁コイル100Bの平面図を示し、図24(E)は、コイルバックヨーク115Aの平面図を示している。第6の実施例は、第5の実施例で説明したアキシャルギャップ型モーターと、いくつかの異なる点を除き、ほぼ同じ構成を有している。そこで、以下の説明では、第5の実施例と同じ構成のものについては、同じ符合を付し、説明を省略する。
[Sixth embodiment]
FIG. 24 is an explanatory diagram showing the sixth embodiment. The sixth embodiment is an axial gap type motor. FIG. 24A shows a cross-sectional view of the axial gap type motor 10 (hereinafter, also simply referred to as “motor 10”) cut along a plane parallel to the rotation shaft 230. FIG. 24B shows a plan view of the rotor, FIG. 24C shows a plan view of the electromagnetic coil 100A, FIG. 24D shows a plan view of the electromagnetic coil 100B, and FIG. ) Shows a plan view of the coil back yoke 115A. The sixth embodiment has substantially the same configuration as the axial gap motor described in the fifth embodiment except for some differences. Therefore, in the following description, the same components as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

以下は、第5の実施例と異なる点である。第6の実施例のモーター10は、A相用の電磁コイル100Aと、磁気センサー300Aと、回路基板310Aと、B相用の電磁コイル100Bと、磁気センサー300Bと、回路基板310Bと、を備えている。すなわち、第6の実施例のモーター10は、電磁コイル、磁気センサー、回路基板について、それぞれA相用と、B相用と、2つずつ備えている。ここで、各符合の末尾A、Bは、A相用と、B相用と、を区別するためのものである。図24(C)(D)では、磁気センサー300Aは磁気コイル100Aのコイル内に配置され、磁気センサー300Bは磁気コイル100Bのコイル内に配置されているが、A相の磁気センサー300Aが磁気コイル100Bのコイル内に配置され、B相の磁気センサー300Bが磁気コイル100Aのコイル内に配置されていてもよい。また、第6実施例は、有効長領域113の代わりにコイルバックヨーク115A、115Bを備えている。すなわち、第6の実施例のモーター10は、コイルバックヨークについても、A相用、B相用を、それぞれ備えている。なお、A相用のコイルバックヨーク115Aと、B相用のコイルバックヨーク115Bを区別しない場合には、単に「コイルバックヨーク115」と呼ぶ。また、第6実施例の電磁コイル100A(100B)の個数や永久磁石200の個数(4個)は、第5の実施例の電磁コイル100の個数や永久磁石200の個数(8個)とは異なっているが、一般にモーターは、用途に応じ、これらの個数について、様々な個数を採用可能である。   The following points are different from the fifth embodiment. The motor 10 of the sixth embodiment includes an A-phase electromagnetic coil 100A, a magnetic sensor 300A, a circuit board 310A, a B-phase electromagnetic coil 100B, a magnetic sensor 300B, and a circuit board 310B. ing. That is, the motor 10 of the sixth embodiment has two electromagnetic coils, magnetic sensors, and circuit boards, one for A phase and one for B phase. Here, the tails A and B of each symbol are for distinguishing between the A phase and the B phase. 24C and 24D, the magnetic sensor 300A is disposed in the coil of the magnetic coil 100A, and the magnetic sensor 300B is disposed in the coil of the magnetic coil 100B. However, the A-phase magnetic sensor 300A is the magnetic coil. The B-phase magnetic sensor 300B may be arranged in the coil of the magnetic coil 100A. The sixth embodiment includes coil back yokes 115A and 115B instead of the effective length region 113. That is, the motor 10 of the sixth embodiment is provided with a phase back and a phase B for the coil back yoke. In addition, when the coil back yoke 115A for the A phase and the coil back yoke 115B for the B phase are not distinguished, they are simply referred to as “coil back yoke 115”. The number of electromagnetic coils 100A (100B) and the number of permanent magnets 200 (four) in the sixth embodiment are the same as the number of electromagnetic coils 100 and the number of permanent magnets 200 in the fifth embodiment (eight). Although different, in general, various numbers of motors can be adopted depending on the application.

コイルバックヨーク115Aは、穴あき円盤形状を有しており、電磁コイル100Aの、永久磁石200と反対側に配置されている。コイルバックヨーク115Aは、例えば磁性体材料で構成されている磁性体部材であることが好ましい。また、コイルバックヨーク115Aは、磁性体部材であると同時に、導電性部材でもよい。永久磁石200からの磁束は、電磁コイル100の内側を通り、コイルバックヨーク115Aを貫通し易い。ここで、ローター20が回転すると、永久磁石200も回転する。これにより、コイルバックヨーク115A有効長領域113を貫通する磁束が変化し、磁束の変化を妨げる方向に磁束を作る電流、すなわち渦電流が生じる。渦電流が流れると、電力損失(渦電流損)が生じ、熱として放出される。なお、コイルバックヨーク115Bについても同様である。また、本実施例では、第5の実施例と異なり、コイルバックヨーク115A、115Bをケースシング110と別個独立に備えているが、コイルバックヨーク115A、115Bは、ケースシング110と一体構成であってもよい。   The coil back yoke 115 </ b> A has a perforated disk shape and is disposed on the opposite side of the permanent magnet 200 from the electromagnetic coil 100 </ b> A. The coil back yoke 115A is preferably a magnetic member made of, for example, a magnetic material. The coil back yoke 115A may be a conductive member as well as a magnetic member. The magnetic flux from the permanent magnet 200 passes through the inside of the electromagnetic coil 100 and easily penetrates the coil back yoke 115A. Here, when the rotor 20 rotates, the permanent magnet 200 also rotates. As a result, the magnetic flux penetrating the coil back yoke 115A effective length region 113 changes, and an electric current that creates the magnetic flux in a direction that prevents the magnetic flux from changing, that is, an eddy current is generated. When an eddy current flows, a power loss (eddy current loss) is generated and released as heat. The same applies to the coil back yoke 115B. In this embodiment, unlike the fifth embodiment, the coil back yokes 115A and 115B are provided separately from the case casing 110. However, the coil back yokes 115A and 115B are integrated with the case casing 110. May be.

図25は、コイルバックヨーク115の製造方法を示す説明図である。この製造方法は、細長い平板116をゼンマイバネ状に巻くことにより、コイルバックヨーク115を、形成する。なお、このときの平板116の幅が、コイルバックヨーク115の厚さとなる。ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク115は、平板116の重なりの間の抵抗により放射方向の抵抗が大きくなるため、放射方向の電流を少なくすることができる。したがって、放射方向の渦電流を抑制できる。なお、ゼンマイバネ状構造を有するコイルバックヨーク115については、平板116の表面に絶縁物が塗布してあってもよい。この場合、コイルバックヨーク115における平板116の重なりの間の部分に絶縁物が存在することになるので、放射方向の渦電流をさらに抑制することが可能となる。   FIG. 25 is an explanatory view showing a method for manufacturing the coil back yoke 115. In this manufacturing method, the coil back yoke 115 is formed by winding an elongated flat plate 116 into a spring shape. Note that the width of the flat plate 116 at this time is the thickness of the coil back yoke 115. The coil back yoke 115 having the spring-like structure has a large radial resistance due to the resistance between the overlapping of the flat plates 116, so that the radial current can be reduced. Therefore, the eddy current in the radial direction can be suppressed. For the coil back yoke 115 having the spring-like structure, an insulating material may be applied to the surface of the flat plate 116. In this case, since the insulator is present in the portion between the overlapping of the flat plates 116 in the coil back yoke 115, it is possible to further suppress the radial eddy current.

[第7の実施例]
図26は、第7の実施例を示す説明図である。第7の実施例は、アキシャルギャップ型モーターである。図26(A)は、アキシャルギャップ型モーター10(以下、単に「モーター10」とも呼ぶ。)を回転軸230と平行な面で切ったときの断面図を示している。図26(B)は、モーター10を回転軸と平行な方向から見た図である。
[Seventh embodiment]
FIG. 26 is an explanatory diagram showing the seventh embodiment. The seventh embodiment is an axial gap type motor. FIG. 26A shows a cross-sectional view of the axial gap type motor 10 (hereinafter also simply referred to as “motor 10”) cut along a plane parallel to the rotation shaft 230. FIG. 26B is a view of the motor 10 as seen from a direction parallel to the rotation axis.

ローター20とステーター15は、ローター20の回転軸230に垂直な円盤形状を有している。ローター20は、永久磁石200と、サイドヨーク210と、回転軸230と、を備える。永久磁石200は、図24に示すのと同様に、回転軸230の外周に沿って配置されており、磁化の向きは、回転軸230と平行な方向である。永久磁石200の放射方向外側には、サイドヨーク210が配置されている。   The rotor 20 and the stator 15 have a disk shape perpendicular to the rotating shaft 230 of the rotor 20. The rotor 20 includes a permanent magnet 200, a side yoke 210, and a rotating shaft 230. As shown in FIG. 24, the permanent magnet 200 is disposed along the outer periphery of the rotating shaft 230, and the direction of magnetization is a direction parallel to the rotating shaft 230. A side yoke 210 is disposed outside the permanent magnet 200 in the radial direction.

ステーター15は、電磁コイル100と、コイルバックヨーク115と、軸受け240と、ケーシング110と、を備える。電磁コイル100は、回転軸230と垂直な面に沿って巻かれている(図24(C)又は(D)参照)。永久磁石200と電磁コイル100は、ローター20とステーター15の対向する円盤面に対向して配置されている。なお、電磁コイル100のコイルエンド部分は、永久磁石200からはみ出しており、永久磁石200と重なっていない。第1の実施例と同様に、電磁コイル100のコイルエンドと重なっていない領域を「有効コイル領域」とも呼び、コイルエンドと重なっている領域を「運動外領域」と呼ぶ。電磁コイル100の永久磁石200との反対側には、コイルバックヨーク115が配置されている。コイルバックヨーク115は、穴あき円盤形状を有しており、有効コイル領域と重なっている。ケーシング110は、熱伝導性を有しており、コイルバックヨーク115と接触し、渦電流損によりコイルバックヨーク115に生じた熱を外部に廃熱する。   The stator 15 includes an electromagnetic coil 100, a coil back yoke 115, a bearing 240, and a casing 110. The electromagnetic coil 100 is wound along a plane perpendicular to the rotation shaft 230 (see FIG. 24C or FIG. 24D). The permanent magnet 200 and the electromagnetic coil 100 are disposed so as to oppose the opposing disk surfaces of the rotor 20 and the stator 15. Note that the coil end portion of the electromagnetic coil 100 protrudes from the permanent magnet 200 and does not overlap the permanent magnet 200. Similar to the first embodiment, a region that does not overlap the coil end of the electromagnetic coil 100 is also referred to as an “effective coil region”, and a region that overlaps the coil end is referred to as a “non-motion region”. A coil back yoke 115 is disposed on the opposite side of the electromagnetic coil 100 from the permanent magnet 200. The coil back yoke 115 has a perforated disk shape and overlaps the effective coil region. The casing 110 has thermal conductivity, contacts the coil back yoke 115, and wastes heat generated in the coil back yoke 115 due to eddy current loss to the outside.

この実施例によれば、渦電流損によりコイルバックヨーク115に生じた熱を、ケーシング110を通じて容易に廃熱できる。また、コイルバックヨーク115は、図25に示したような、細い板をゼンマイバネ形状に巻いたものであってもよい。コイルバックヨーク115における渦電流を減らし、渦電流損による発熱を抑制することができる。   According to this embodiment, heat generated in the coil back yoke 115 due to eddy current loss can be easily wasted through the casing 110. The coil back yoke 115 may be a thin plate wound in the shape of a spring as shown in FIG. The eddy current in the coil back yoke 115 can be reduced and heat generation due to eddy current loss can be suppressed.

[第8の実施例]
図27は、コイルバックヨークの構成例を示す説明図である。図27(A)に示すコイルバックヨーク115は、図10に示す方法で作成したコイルバックヨークである。図27(B)は、一方の面に切り欠き部115Sを備えるコイルバックヨークを示す。なお、モーター10へのコイルバックヨーク配置時には、この切り欠き部115Sが電磁コイル100A(100B)に隣接する面側に位置するように、コイルバックヨーク115が配置される。このコイルバックヨーク115は、図27(A)に示すコイルバックヨーク115に対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることにより製造することが可能である。図27(C)は、切り欠き部115Sが他方の面まで達している切り欠き部115Cを有するコイルバックヨークを示す。このコイルバックヨーク115は、図27(A)に示すコイルバックヨークに対して、例えば、ワイヤ放電加工機等を用いて切り込みを入れることの他、打ち抜きプレスにより製造することも可能である。図27(D)は、一方の面に切り欠き部115Sを複数備えるコイルバックヨークを示す。この場合、複数の切り欠き部115Sは、互いに回転対称となる位置に設けられていることが好ましい。なお、切り欠き部115Sと切り欠き部115Cとは、混在していてもよい。ただし、他方の面まで達している切り欠き部115Cは、1個であることが好ましい。他方の面まで達している切り欠き部115Cが複数あると、コイルバックヨーク115が2分されてしまうからである。
[Eighth embodiment]
FIG. 27 is an explanatory diagram showing a configuration example of the coil back yoke. A coil back yoke 115 shown in FIG. 27A is a coil back yoke produced by the method shown in FIG. FIG. 27B shows a coil back yoke provided with a notch 115S on one surface. When the coil back yoke is arranged on the motor 10, the coil back yoke 115 is arranged so that the notch 115S is located on the surface side adjacent to the electromagnetic coil 100A (100B). The coil back yoke 115 can be manufactured by cutting the coil back yoke 115 shown in FIG. 27A using, for example, a wire electric discharge machine. FIG. 27C shows a coil back yoke having a notch 115C in which the notch 115S reaches the other surface. The coil back yoke 115 can be produced by punching the coil back yoke shown in FIG. 27A, for example, by using a wire electric discharge machine or the like. FIG. 27D shows a coil back yoke having a plurality of cutout portions 115S on one surface. In this case, the plurality of cutout portions 115S are preferably provided at positions that are rotationally symmetric with respect to each other. Note that the notch 115S and the notch 115C may be mixed. However, the number of cutouts 115C reaching the other surface is preferably one. This is because if there are a plurality of cutout portions 115C reaching the other surface, the coil back yoke 115 is divided into two.

図28は、第8の実施例におけるモーターの回転数と渦電流損の関係を示すグラフである。なお、渦電流損は、図7に示す方法により行った。ここで、線Xは、図27(A)に示すコイルバックヨーク115に切り欠き部115Cが設けられていない場合における特性を示している。線Yは、図27(B)に示すコイルバックヨーク115に切り欠き部115Sが設けられている場合における特性を示している。線Zは、図27(C)に示すコイルバックヨーク115に切り欠き部115Cが設けられている場合における特性を示している。コイルバックヨーク115に切り欠き部115Sが有る方(線Y)が、渦電流が少なく、他方の面まで達している切り欠き部115Cが有る方が、更に渦電流が少なくなっている。これは、以下の理由によるものと考えることができる。渦電流は磁束の方向と垂直の方向、すなわちコイルバックヨーク115の面方向に発生する。ここで、切り欠き部115S、115Sは、円盤形状の円周方向の渦電流を抑制する。そして、他方の面まで達している切り欠き部115Cは、円盤形状の円周方向の渦電流を遮断する。したがって、切り欠き部115S、115Cを設けることにより、渦電流損を小さくすることが可能である。   FIG. 28 is a graph showing the relationship between the motor rotation speed and eddy current loss in the eighth embodiment. The eddy current loss was performed by the method shown in FIG. Here, the line X indicates the characteristics when the notch 115C is not provided in the coil back yoke 115 shown in FIG. A line Y indicates a characteristic when the notch 115S is provided in the coil back yoke 115 shown in FIG. A line Z indicates the characteristic when the notch 115C is provided in the coil back yoke 115 shown in FIG. The direction where the coil back yoke 115 has the notch 115S (line Y) has less eddy current, and the direction where the notch 115C reaching the other surface has less eddy current. This can be considered due to the following reasons. The eddy current is generated in a direction perpendicular to the direction of the magnetic flux, that is, in the surface direction of the coil back yoke 115. Here, the notches 115S and 115S suppress the eddy current in the circumferential direction of the disk shape. The notch 115C reaching the other surface blocks the disk-shaped eddy current in the circumferential direction. Therefore, eddy current loss can be reduced by providing the notches 115S and 115C.

なお、コイルバックヨーク115Aは、その切り欠き部115Sが電磁コイル100A側に位置するように配置されることが好ましい。渦電流は、電磁コイル100A側の方が発生しやすく、切り欠き部115Sが電磁コイル100A側にあると、切り欠き部115Sにより、この渦電流を抑制し易いからである。   The coil back yoke 115A is preferably arranged so that the notch 115S is located on the electromagnetic coil 100A side. This is because the eddy current is more likely to be generated on the electromagnetic coil 100A side, and if the notch 115S is on the electromagnetic coil 100A side, the eddy current is easily suppressed by the notch 115S.

[第9の実施例]
図29は、第9の実施例を示す説明図である。第9の実施例は、第4の実施例の円筒形部材113に第8の実施例と同様に、切り欠き部を設けたものである。図29(A)の円筒形部材113は、第4の実施例に示す円筒形部材である。図29(B)は、図29(A)の円筒形部材113の内壁側に切り欠き部113BSを設けたものである。図29(C)は、図29(A)の円筒形部材113に対し、内壁から外壁に達する切り欠き部113BCを設けたものである。このように、円筒形部材113に切り欠き部113BS、113BCを設けてもよい。これにより、渦電流を抑制し、渦電流損を少なくすることが可能となる。なお、本実施例では、板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている円筒形部材113を例に取り説明したが、穴あき円盤が多数積層された積層構造を有する円筒形部材や、無垢の円筒形部材に切り欠き部113BS、113BCを設けてもよい。
[Ninth Embodiment]
FIG. 29 is an explanatory diagram showing the ninth embodiment. In the ninth embodiment, a cutout portion is provided in the cylindrical member 113 of the fourth embodiment, similarly to the eighth embodiment. A cylindrical member 113 in FIG. 29A is the cylindrical member shown in the fourth embodiment. FIG. 29B is a view in which a notch 113BS is provided on the inner wall side of the cylindrical member 113 of FIG. In FIG. 29C, a notch 113BC that reaches the outer wall from the inner wall is provided in the cylindrical member 113 of FIG. Thus, the notches 113BS and 113BC may be provided in the cylindrical member 113. Thereby, eddy current can be suppressed and eddy current loss can be reduced. In this embodiment, the cylindrical member 113 formed by spirally winding a plate in the thickness direction has been described as an example, but a cylindrical member having a laminated structure in which a number of perforated disks are laminated. Alternatively, the notches 113BS and 113BC may be provided in a solid cylindrical member.

[第10の実施例]
図30は、第10の実施例を示す説明図である。第10の実施例は、リニアモーターである。リニアモーター12は、可動部16と固定部21とを備える。固定部21は、2つの磁石200と、磁石バックヨーク202と、を備える。2つの磁石200は、磁石バックヨーク202を挟むように配置されている。2つの磁石200の磁束の向きは、磁石バックヨーク202側がS極、外側(磁石バックヨーク202と反対側)がN極となっている。なお、N極、S極は逆であってもよい。また、磁石200は、移動方向と平行なスリットを備えていてもよい。
[Tenth embodiment]
FIG. 30 is an explanatory diagram showing the tenth embodiment. The tenth embodiment is a linear motor. The linear motor 12 includes a movable part 16 and a fixed part 21. The fixed portion 21 includes two magnets 200 and a magnet back yoke 202. The two magnets 200 are arranged so as to sandwich the magnet back yoke 202. The direction of the magnetic flux of the two magnets 200 is the south pole on the magnet back yoke 202 side and the north pole on the outer side (the side opposite to the magnet back yoke 202). The N pole and S pole may be reversed. The magnet 200 may include a slit parallel to the moving direction.

可動部16は、電磁コイル100と、コイルバックヨーク116と、を備える。電磁コイル100は、可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に巻かれている。コイルバックヨーク116は、電磁コイル100の磁石200と反対側に配置されている。すなわち、磁石200とコイルバックヨーク116との間に電磁コイルが位置する。コイルバックヨーク116は、複数の板が積層されて構成されており、複数の板の境界面は、可動部16の移動方向と平行である。可動部の移動方向を中心軸とする周回方向に生じる渦電流の発生を抑制できる。   The movable part 16 includes an electromagnetic coil 100 and a coil back yoke 116. The electromagnetic coil 100 is wound in a circumferential direction with the moving direction of the movable part as the central axis. The coil back yoke 116 is disposed on the opposite side to the magnet 200 of the electromagnetic coil 100. That is, the electromagnetic coil is located between the magnet 200 and the coil back yoke 116. The coil back yoke 116 is configured by laminating a plurality of plates, and the boundary surfaces of the plurality of plates are parallel to the moving direction of the movable portion 16. It is possible to suppress the generation of eddy currents that occur in the circumferential direction with the moving direction of the movable part as the central axis.

[第11の実施例]
図31は、第11の実施例を示す説明図である。第11の実施例は、シャフトモーター13である。シャフトモーター13は、磁石シャフト205と、移動体17と、を備える。磁石シャフト205は、磁石200と、非磁性体ケース250と、ストッパー260と、を備える。磁石200は、複数あり、非磁性体ケース250中に、直列に並べて配置されている。各磁石200の磁化の方向は、磁石シャフト205の長さ方向であり、交互に向きが180°入れ替わっている。すなわち、隣接する磁石200は、同じ極(N極同士、S極同士)が向かい合っている。そのため、2つの磁石200からの磁束は2つの磁束の間で反発する。結果として、隣接する磁石200の間における磁束の向きは、磁石シャフト205を中心とした放射方向となる。ストッパー260は、磁石シャフト205の両端に配置されており、移動体17が磁石シャフト205から抜けないようにする。
[Eleventh embodiment]
FIG. 31 is an explanatory diagram showing the eleventh embodiment. The eleventh embodiment is a shaft motor 13. The shaft motor 13 includes a magnet shaft 205 and a moving body 17. The magnet shaft 205 includes a magnet 200, a nonmagnetic material case 250, and a stopper 260. There are a plurality of magnets 200, which are arranged in series in the nonmagnetic case 250. The direction of magnetization of each magnet 200 is the length direction of the magnet shaft 205, and the directions are alternately switched by 180 °. That is, the adjacent magnets 200 have the same poles (N poles and S poles) facing each other. Therefore, the magnetic flux from the two magnets 200 repels between the two magnetic fluxes. As a result, the direction of the magnetic flux between the adjacent magnets 200 is a radial direction around the magnet shaft 205. The stoppers 260 are disposed at both ends of the magnet shaft 205 so that the moving body 17 does not come off the magnet shaft 205.

移動体17は、電磁コイル100と、コイルバックヨーク116と、コイルケース117と、を備える。電磁コイル100は、磁石シャフト205の外周に沿って巻かれている。磁石200の磁束の方向は磁石シャフト205を中心とする放射方向であり、電磁コイル100を流れる電流の向きは、磁石シャフト205の外周に沿った方向であるので、電磁コイル100が受ける力の方向は、フレミングの左手の法則により、磁石シャフト205の長さ方向となる。コイルバックヨーク116は、電磁コイル100の放射方向の外側に配置されている。コイルバックヨーク116は、放射方向を第1の辺、移動体17の移動方向を第2の辺とする長方形に板を、円筒状に積層下構造を有している。このコイルバックヨーク116の構造により、円筒の円周に沿った渦電流を少なくすることができる。コイルケース117は、電磁コイル100とコイルバックヨーク116を収納するケースである。   The moving body 17 includes an electromagnetic coil 100, a coil back yoke 116, and a coil case 117. The electromagnetic coil 100 is wound along the outer periphery of the magnet shaft 205. The direction of the magnetic flux of the magnet 200 is a radial direction around the magnet shaft 205, and the direction of the current flowing through the electromagnetic coil 100 is the direction along the outer periphery of the magnet shaft 205. Is the length direction of the magnet shaft 205 according to Fleming's left-hand rule. The coil back yoke 116 is disposed outside the electromagnetic coil 100 in the radial direction. The coil back yoke 116 has a bottom structure in which a plate is formed in a rectangular shape having a radial direction as a first side and a moving direction of the moving body 17 as a second side, and is formed in a cylindrical shape. Due to the structure of the coil back yoke 116, eddy currents along the circumference of the cylinder can be reduced. The coil case 117 is a case that houses the electromagnetic coil 100 and the coil back yoke 116.

[第12の実施例]
図32は、第12の実施例を示す説明図である。図32(A)は、回転軸230の方向(z方向)から見た図であり、図32(B)は、回転軸230の方向と垂直な方向(x方向)から見た図である。なお、第12の実施例では、図32(B)に示すように、電磁コイルを配置する領域が、電磁コイル100Aが配置される領域と電磁コイル100Bが配置される領域とに分かれている。そのため、図32(A)では、電磁コイル100Aのみが見える状態である。第12の実施例は、第1の実施例と比較するとコイルバックヨーク115の形状が異なっている。すなわち、第12の実施例におけるコイルバックヨーク115は、電磁コイル100Aの極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部115dを有している。なお本実施例では、隣り合う突起部115dの間の凹んだ部分を谷部115eと呼ぶ。この構成は、電磁コイル100Bについても同様である。以下、本実施例では、電磁コイル100A、100Bを合わせて電磁コイル100と呼ぶ。本実施例では、コイルバックヨーク115が突起部115dを有しているため、永久磁石200側の面に段差が生じる。そこで、本実施例では、コイルバックヨーク115の永久磁石200側に熱伝導性の樹脂500をモールドすることにより、コイルバックヨーク115の永久磁石200側の面を滑らかにしている。
[Twelfth embodiment]
FIG. 32 is an explanatory diagram showing the twelfth embodiment. 32A is a diagram viewed from the direction of the rotation shaft 230 (z direction), and FIG. 32B is a diagram viewed from a direction (x direction) perpendicular to the direction of the rotation shaft 230. In the twelfth embodiment, as shown in FIG. 32B, the region where the electromagnetic coil is arranged is divided into a region where the electromagnetic coil 100A is arranged and a region where the electromagnetic coil 100B is arranged. Therefore, in FIG. 32A, only the electromagnetic coil 100A is visible. In the twelfth embodiment, the shape of the coil back yoke 115 is different from that of the first embodiment. That is, the coil back yoke 115 in the twelfth embodiment has a protruding portion 115d that protrudes from the center of the pole in the portion that overlaps between the poles of the electromagnetic coil 100A. In this embodiment, the recessed portion between the adjacent protrusions 115d is referred to as a trough 115e. This configuration is the same for the electromagnetic coil 100B. Hereinafter, in this embodiment, the electromagnetic coils 100A and 100B are collectively referred to as an electromagnetic coil 100. In this embodiment, since the coil back yoke 115 has the protrusion 115d, a step is generated on the surface of the permanent magnet 200 side. Therefore, in this embodiment, the surface of the coil back yoke 115 on the permanent magnet 200 side is smoothed by molding the heat conductive resin 500 on the permanent magnet 200 side of the coil back yoke 115.

コイルバックヨーク115は、磁性体部材で形成されているため、永久磁石200の磁束は、谷部115eよりも突起部115dに集中し易い。その結果、電磁コイル100Aを形成する配線内の電子にかかるローレンツ力を大きくするとことができる。モーター10のトルクを増大させることが可能となる。また、隣接する突起部115dの間には谷部115eが形成されているので、隣接する突起部115dの間を流れる渦電流を低減することが可能となる。   Since the coil back yoke 115 is formed of a magnetic member, the magnetic flux of the permanent magnet 200 is more likely to concentrate on the protrusion 115d than on the valley 115e. As a result, the Lorentz force applied to the electrons in the wiring forming the electromagnetic coil 100A can be increased. The torque of the motor 10 can be increased. In addition, since the valley 115e is formed between the adjacent protrusions 115d, it is possible to reduce the eddy current flowing between the adjacent protrusions 115d.

突起部115dは、回転軸230を中心として点対称となるように形成されることが好ましい。突起部115dが回転軸230を中心として点対称となるように形成することにより、コギングトルクを軽減することが可能となる。その結果、モーター10は、振動の少ない回転運動を実現することが可能となる。   The protrusion 115d is preferably formed to be point symmetric about the rotation axis 230. Cogging torque can be reduced by forming the protrusion 115d to be point-symmetric about the rotation shaft 230. As a result, the motor 10 can realize a rotational motion with little vibration.

なお、第1と第12の実施例では、電磁コイル100の数が異なっているが、磁石200の個数と電磁コイル100A、100Bの数については、一般に、様々な組み合わせが可能である。   In the first and twelfth embodiments, the number of electromagnetic coils 100 is different, but various combinations are generally possible for the number of magnets 200 and the number of electromagnetic coils 100A and 100B.

以上、第12の実施例によれば、コイルバックヨーク115は、電磁コイル100の極間で重なる部分において、極間を中心に凸となる突起部115dを有しているので、永久磁石200の磁束を集中させることができ、その結果、モーター10のトルクを増大させることが可能となる。   As described above, according to the twelfth embodiment, the coil back yoke 115 has the protrusion 115d that protrudes from the center in the portion overlapping the pole of the electromagnetic coil 100. The magnetic flux can be concentrated, and as a result, the torque of the motor 10 can be increased.

[第13の実施例]
図33は、磁場解析のモデルを示す説明図である。図33(A)は、回転軸230の方向と垂直な方向(x方向)から見た図であり、図33(B)は、回転軸230の方向(z方向)から見た図である。このモデルでは、6個の永久磁石200と、回転軸230と、磁気センサー300と、コイルバックヨーク115と、を備える。永久磁石200は、回転軸230の周りに配置されており、磁化の方向は、回転軸230を中心とする放射方向である。コイルバックヨーク115は、略円筒形を有しており、永久磁石200と一定の間隔を空けて配置されている。そこで、電磁コイル100が設けられる空間領域の磁束密度を計測するために、ホール素子により構成された磁気センサー300で、永久磁石200の外周表面からコイルバックヨーク115間までの距離(L1)に応じた磁束密度を観測する。
[Thirteenth embodiment]
FIG. 33 is an explanatory diagram showing a model of magnetic field analysis. FIG. 33A is a diagram viewed from a direction (x direction) perpendicular to the direction of the rotation shaft 230, and FIG. 33B is a diagram viewed from the direction of the rotation shaft 230 (z direction). This model includes six permanent magnets 200, a rotating shaft 230, a magnetic sensor 300, and a coil back yoke 115. The permanent magnet 200 is disposed around the rotation axis 230, and the direction of magnetization is a radial direction around the rotation axis 230. The coil back yoke 115 has a substantially cylindrical shape, and is arranged at a certain distance from the permanent magnet 200. Therefore, in order to measure the magnetic flux density in the space region where the electromagnetic coil 100 is provided, the magnetic sensor 300 constituted by a Hall element is used in accordance with the distance (L1) from the outer peripheral surface of the permanent magnet 200 to the coil back yoke 115. Observe the magnetic flux density.

従来の磁場解析によるシミュレーションでは、永久磁石200の表面における磁束密度は、コイルバックヨークの有無にかかわらず、一定となるモデルを用いていた。図34は、従来のモデルを用いた磁場解析シミュレーションの結果を示す説明図である。従来のシミュレーションでは、永久磁石200表面(ローター表面)の磁束密度は、コイルバックヨーク115の有無により、ほとんど違いはない。一方、永久磁石200の表面からの距離(L1)が大きくなると、コイルバックヨーク115を備えていない場合には、コイルバックヨーク115を備えている場合に比べて、磁束密度は小さくなる。   In a conventional simulation by magnetic field analysis, a model is used in which the magnetic flux density on the surface of the permanent magnet 200 is constant regardless of the presence or absence of the coil back yoke. FIG. 34 is an explanatory diagram showing the results of a magnetic field analysis simulation using a conventional model. In the conventional simulation, the magnetic flux density on the surface of the permanent magnet 200 (rotor surface) has almost no difference depending on the presence or absence of the coil back yoke 115. On the other hand, when the distance (L1) from the surface of the permanent magnet 200 is increased, the magnetic flux density is smaller when the coil back yoke 115 is not provided than when the coil back yoke 115 is provided.

図35は、永久磁石表面から磁気センサーまでの距離と磁束密度の関係の測定結果を示す説明図である。本実施例では、コイルバックヨーク115の材料として、JEF社のJNEXコア及びJNHFコア(図9(B)参照)とパーマロイを用い、コイルバックヨークを備えない場合(以下「コイルバックヨーク無し」と呼ぶ。)と比較した。コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク115を備えている方が、磁束密度が大きく、特に、永久磁石200の表面においても、コイルバックヨーク無しに比べて、コイルバックヨーク115を備えている方が、磁束密度が大きかった。この点は、シミュレーションモデルと異なる点であった。また、コイルバックヨーク115の材料にJNEXコアあるいは、JNHFコアを用いた場合の磁束密度は、コイルバックヨーク115の材料にパーマロイを用いた場合に比べ、大きな磁束密度が得られた。なお、コイルバックヨーク115の材料として、JNEXコアと、JNHFコアとの間には有意差は無かった。   FIG. 35 is an explanatory diagram showing the measurement result of the relationship between the distance from the permanent magnet surface to the magnetic sensor and the magnetic flux density. In this embodiment, as a material for the coil back yoke 115, a JEF JNEX core and a JNHF core (see FIG. 9B) and a permalloy are used, and a coil back yoke is not provided (hereinafter referred to as “no coil back yoke”). Compared). The magnetic flux density is greater when the coil back yoke 115 is provided than when the coil back yoke is not provided. In particular, the surface of the permanent magnet 200 is provided with the coil back yoke 115 as compared with the case without the coil back yoke. The magnetic flux density was larger. This point was different from the simulation model. Further, the magnetic flux density when the JNEX core or the JNHF core was used as the material of the coil back yoke 115 was larger than that when Permalloy was used as the material of the coil back yoke 115. As a material for the coil back yoke 115, there was no significant difference between the JNEX core and the JNHF core.

以上のように、実測値では、コイルバックヨーク115を備えた方が、備えないよりも、磁束密度を大きくできるという結果が得られた。すなわち、モーター10のトルクを増大させるには、コイルバックヨーク115を備えることが好ましい。また、JNEX,JNHFコアは、変圧器用材料として検討されているため、材料厚が0.1[mm]と非常に薄く成形され、モーター10の永久磁石ローターの回転から生じる渦電流損に対しても非常に少ない事が確認されている。
尚、JNEXとJNHF材の材料構成を以下に示す。
JNEX材:鋼板材全域に6.5%のSiを含有加工
JNHF材:鋼板材の両面域の各25%に6.5%のSiを含有加工(中心部50%は未Si)
As described above, the measured values show that the magnetic flux density can be increased when the coil back yoke 115 is provided than when the coil back yoke 115 is not provided. That is, in order to increase the torque of the motor 10, the coil back yoke 115 is preferably provided. In addition, since the JNEX and JNHF cores are being studied as transformer materials, the material thickness is very thin, 0.1 mm, and the eddy current loss caused by the rotation of the permanent magnet rotor of the motor 10 is reduced. Even very few have been confirmed.
The material structure of the JNEX and JNHF materials is shown below.
JNEX material: Processing containing 6.5% Si in the entire area of the steel plate material JNHF material: Processing containing 6.5% Si in each 25% of both surfaces of the steel plate material (50% in the central part is not Si)

他の変形例:
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
Other variations:
The present invention is applicable to various devices. For example, the present invention can be applied to motors of various devices such as a fan motor, a clock (hand drive), a drum type washing machine (single rotation), a roller coaster, and a vibration motor. When the present invention is applied to a fan motor, the various effects described above (low power consumption, low vibration, low noise, low rotation unevenness, low heat generation, long life) are particularly remarkable. Such fan motors include, for example, digital display devices, in-vehicle devices, fuel cell computers, fuel cell digital cameras, fuel cell video cameras, fuel cell devices such as fuel cell phones, projectors, and other various types. Can be used as a fan motor for equipment. The motor of the present invention can also be used as a motor for various home appliances and electronic devices. For example, the motor according to the present invention can be used as a spindle motor in an optical storage device, a magnetic storage device, a polygon mirror driving device, or the like. The motor according to the present invention can also be used as a motor for a moving body or a robot.

図36は、本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ3100は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源3110R、3110G、3110Bと、これらの3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブ3140R、3140G、3140Bと、変調された3色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム3150と、合成された3色の色光をスクリーンSCに投写する投写レンズ系3160と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン3170と、プロジェクタ3100の全体を制御する制御部3180と、を備えている。冷却ファン3170を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。   FIG. 36 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to a modification of the present invention. The projector 3100 includes three light sources 3110R, 3110G, and 3110B that emit red, green, and blue color lights, and three liquid crystal light valves 3140R, 3140G, and 3140B that modulate these three color lights, respectively. A cross dichroic prism 3150 that synthesizes the modulated three-color light, a projection lens system 3160 that projects the combined three-color light onto the screen SC, a cooling fan 3170 for cooling the inside of the projector, and a projector 3100 And a control unit 3180 for controlling the whole. As the motor for driving the cooling fan 3170, the various brushless motors described above can be used.

図37(A)〜(C)は、本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図37(A)は携帯電話3200の外観を示しており、図37(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話3200は、携帯電話3200の動作を制御するMPU3210と、ファン3220と、燃料電池3230とを備えている。燃料電池3230は、MPU3210やファン3220に電源を供給する。ファン3220は、燃料電池3230への空気供給のために携帯電話3200の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池3230で生成される水分を携帯電話3200の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン3220を図37(C)のようにMPU3210の上に配置して、MPU3210を冷却するようにしてもよい。ファン3220を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。   37A to 37C are explanatory views showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to a modification of the present invention. FIG. 37A shows the appearance of the mobile phone 3200, and FIG. 37B shows an example of the internal configuration. The mobile phone 3200 includes an MPU 3210 that controls the operation of the mobile phone 3200, a fan 3220, and a fuel cell 3230. The fuel cell 3230 supplies power to the MPU 3210 and the fan 3220. The fan 3220 is used to blow air from the outside of the mobile phone 3200 to supply air to the fuel cell 3230 or to discharge moisture generated by the fuel cell 3230 from the inside of the mobile phone 3200 to the outside. It is. Note that the fan 3220 may be disposed on the MPU 3210 as shown in FIG. 37C to cool the MPU 3210. As the motor for driving the fan 3220, the various brushless motors described above can be used.

図38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、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。   FIG. 38 is an explanatory diagram showing an electric bicycle (electric assist bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to a modification of the present invention. In this bicycle 3300, a motor 3310 is provided on the front wheel, and a control circuit 3320 and a rechargeable battery 3330 are provided on a frame below the saddle. The motor 3310 assists traveling by driving the front wheels using the electric power from the rechargeable battery 3330. Further, the electric power regenerated by the motor 3310 is charged in the rechargeable battery 3330 during braking. The control circuit 3320 is a circuit that controls driving and regeneration of the motor. As the motor 3310, the above-described various brushless motors can be used.

図39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、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。   FIG. 39 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to a modification of the present invention. The robot 3400 includes first and second arms 3410 and 3420 and a motor 3430. This motor 3430 is used when horizontally rotating the second arm 3420 as a driven member. As the motor 3430, the above-described various brushless motors can be used.

図40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、モーター3510と、車輪3520とを有している。このモーター3510は、車輪3520を駆動する。さらに、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。このモーター3510としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。   FIG. 40 is an explanatory view showing a railway vehicle using a motor according to a modification of the present invention. The railway vehicle 3500 has a motor 3510 and wheels 3520. The motor 3510 drives the wheel 3520. Further, the motor 3510 is used as a generator during braking of the railway vehicle 3500 to regenerate electric power. As the motor 3510, the above-described various brushless motors can be used.

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。   The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

10…モーター(コアレスモーター)
11…被測定モーター
12…リニアモーター
13…シャフトモーター
15…ステーター
16…可動部
17…移動体
20…ローター
21…固定部
100、100A、100B…電磁コイル
101A、101B…コイルエンド
110…ケーシング
111…円筒形状部分
112…円盤形状部分
113…中央部(有効長領域、円筒形部材)
113BS、113BC…切り欠き部
115a…穴あき円盤
115b…板
115C、115S…切り欠き部
115…コイルバックヨーク
115d…突起部
115e…谷部
116…コイルバックヨーク
117…コイルケース
115BC、115BS…切り欠き部
150…板
151、151a、151b、151c、152…凸
160…ブラシ
170…コミューター
200…永久磁石
201…磁束線
202…磁石バックヨーク
230…回転軸
240…軸受け
241…ベアリングボール
260…コイルバネ
300…磁気センサー
310…回路基板
510…熱伝導性樹脂
3100…プロジェクタ
3110…光源
3140…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
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1のアーム
3420…第2のアーム
3430…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
10 ... motor (coreless motor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Motor to be measured 12 ... Linear motor 13 ... Shaft motor 15 ... Stator 16 ... Movable part 17 ... Moving body 20 ... Rotor 21 ... Fixed part 100, 100A, 100B ... Electromagnetic coil 101A, 101B ... Coil end 110 ... Casing 111 ... Cylindrical part 112 ... Disc-shaped part 113 ... Central part (effective length area, cylindrical member)
113BS, 113BC ... Notch 115a ... Perforated disc 115b ... Plate 115C, 115S ... Notch 115 ... Coil back yoke 115d ... Projection 115e ... Valley 116 ... Coil back yoke 117 ... Coil case 115BC, 115BS ... Notch Part 150 ... Plate 151, 151a, 151b, 151c, 152 ... Convex 160 ... Brush 170 ... Commuter 200 ... Permanent magnet 201 ... Magnetic flux line 202 ... Magnet back yoke 230 ... Rotating shaft 240 ... Bearing 241 ... Bearing ball 260 ... Coil spring 300 ... Magnetic sensor 310 ... Circuit board 510 ... Thermally conductive resin 3100 ... Projector 3110 ... Light source 3140 ... Liquid crystal light valve 3150 ... Cross dichroic prism 3160 ... Projection lens system 3170 ... Cooling fan 180 ... Control unit 3200 ... Mobile phone 3220 ... Fan 3230 ... Fuel cell 3300 ... Bicycle 3310 ... Motor 3320 ... Control circuit 3330 ... Rechargeable battery 3400 ... Robot 3410 ... First arm 3420 ... Second arm 3430 ... Motor 3500 ... Railway Vehicle 3510 ... Motor 3520 ... Wheel

Claims (25)

相対的に移動可能な第1と第2の部材を有するコアレス電機機械装置であって、
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空芯の電磁コイルと、
前記第2の部材に配置された積層構造を有する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に配置されており、
前記電磁コイルは、前記電磁コイルにおいて前記第1の部材を相対的に移動方向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、
前記コイルバックヨークは、前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていない、コアレス電気機械装置。
A coreless electrical machine apparatus having first and second members that are relatively movable,
A permanent magnet disposed on the first member;
An air-core electromagnetic coil disposed on the second member;
A coil back yoke having a laminated structure disposed on the second member;
With
The electromagnetic coil is disposed between the permanent magnet and the coil back yoke,
The electromagnetic coil has an effective coil region that generates a force for moving the first member in the moving direction relative to the electromagnetic coil, and a coil end region.
The core back electromechanical device, wherein the coil back yoke covers the effective coil region and does not cover the coil end region.
請求項1に記載のコアレス電気機械装置において、前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域である、コアレス電気機械装置。   The coreless electromechanical device according to claim 1, wherein the effective coil region is a projection region when the permanent magnet is projected from the permanent magnet toward the electromagnetic coil. 請求項1または請求項2に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記第1の部材の移動方向と垂直な方向に積層された複数の鋼板材を有する、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 1 or 2,
The coil back yoke is a coreless electromechanical device having a plurality of steel plate members stacked in a direction perpendicular to a moving direction of the first member.
請求項3に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、0.1mm以下である、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 3,
The coreless electromechanical device, wherein the steel plate has a thickness of 0.1 mm or less.
請求項3に記載のコアレス電気機械装置において、
前記鋼板材の厚さは、約0.1mmである、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 3,
The coreless electromechanical device, wherein the steel plate has a thickness of about 0.1 mm.
請求項1から請求項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、
前記永久磁石は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向及び前記移動方向のそれぞれと垂直な方向の両端部にサイドヨークを備える、電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 1 to 5,
The electromechanical device, wherein the permanent magnet includes side yokes at both ends in a direction from the permanent magnet toward the electromagnetic coil and in a direction perpendicular to the moving direction.
請求項1から請求項6までのうち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、
前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸を中心とする同心円筒形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円筒面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 1 to 6,
The first member is a rotor having the permanent magnet;
The second member is a stator having the air-core electromagnetic coil, the coil back yoke, and a case;
The rotor and the stator have a concentric cylindrical shape around the rotation axis of the rotor,
The permanent magnet and the electromagnetic coil are disposed so as to oppose the opposing cylindrical surfaces of the rotor and the stator,
The coil back yoke is provided in a projection area of the case when the permanent magnet is projected in a direction from the permanent magnet to the electromagnetic coil, and the coil back yoke is provided outside the projection area of the case. No, coreless electromechanical device.
請求項1から請求項6までのうち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、
前記第1の部材は、前記永久磁石を有するローターであり、
前記第2の部材は、前記空心の電磁コイルと、前記コイルバックヨークと、ケースと、を有するステーターであり、
前記ローターと前記ステーターは、前記ローターの回転軸に垂直な第1と第2の円盤形状を有しており、
前記永久磁石と前記電磁コイルは、前記ローターと前記ステーターの対向する円盤面に対向して配置されており、
前記永久磁石から前記電磁コイルに向かう方向に前記永久磁石を投影したときの前記ケースの投影領域に前記コイルバックヨークが設けられ、前記ケースの投影領域外には、前記コイルバックヨークが設けられていない、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 1 to 6,
The first member is a rotor having the permanent magnet;
The second member is a stator having the air-core electromagnetic coil, the coil back yoke, and a case;
The rotor and the stator have first and second disk shapes perpendicular to the rotation axis of the rotor,
The permanent magnet and the electromagnetic coil are disposed so as to face opposite disk surfaces of the rotor and the stator,
The coil back yoke is provided in a projection area of the case when the permanent magnet is projected in a direction from the permanent magnet to the electromagnetic coil, and the coil back yoke is provided outside the projection area of the case. No, coreless electromechanical device.
請求項7に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投影方向は、前記回転軸を中心とする放射方向である、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 7,
The coreless electromechanical device, wherein the projection direction is a radial direction about the rotation axis.
請求項7または請求項9に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は穴あき円盤を積層することにより形成されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 7 or 9,
The coil back yoke has a cylindrical shape,
The cylindrical shape is a coreless electromechanical device formed by stacking perforated disks.
請求項7または請求項9に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、円筒形状を有しており、
前記円筒形状は、幅よりも小さい厚さを有する板を厚さ方向に螺旋状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 7 or 9,
The coil back yoke has a cylindrical shape,
The cylindrical shape is a coreless electromechanical device formed by spirally winding a plate having a thickness smaller than the width in the thickness direction.
請求項10または請求項11に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、前記円筒形状の前記電磁コイル側の側面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 10 or 11,
The coil back yoke is a coreless electromechanical device having a notch on a side surface of the cylindrical electromagnetic coil side.
請求項12に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記円筒形状の前記電磁コイルと反対側の側面まで達している、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 12,
The coreless electromechanical device, wherein the notch reaches a side surface opposite to the cylindrical electromagnetic coil.
請求項7、請求項9から請求項13まで、のうち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、
前記コイルバックヨークは、前記回転軸の方向に向かって突き出ている突起を備え、
前記電磁コイルは、前記突起の前記回転軸側に配置されている、コアレス電気機械装置。
In the coreless electromechanical device according to any one of claims 7, 9 to 13,
The coil back yoke includes a protrusion protruding toward the direction of the rotation axis,
The coreless electromechanical device, wherein the electromagnetic coil is disposed on the rotating shaft side of the protrusion.
請求項14に記載のコアレス電気機械装置において、
前記突起は、前記回転軸を中心として、点対称に配置されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 14,
The coreless electromechanical device, wherein the protrusions are arranged point-symmetrically about the rotation axis.
請求項8に記載のコアレス電気機械装置において、
前記投射方向は、前記回転軸と平行な方向である、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 8,
The coreless electromechanical device, wherein the projection direction is a direction parallel to the rotation axis.
請求項8または請求項16に記載のコアレス電気機械装置において、
前記コイルバックヨークは、穴あき円盤形状を有しており、
前記穴あき円盤形状は、細長い平板をゼンマイバネ状に巻くことにより形成されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 8 or 16,
The coil back yoke has a perforated disk shape,
The perforated disk shape is a coreless electromechanical device formed by winding an elongated flat plate into a spring shape.
請求項17に記載のコアレス電気機械装置において、
前記穴あき円盤形状は、前記電磁コイル側の面に切り欠き部を有する、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 17,
The coreless electromechanical device, wherein the perforated disk shape has a notch on a surface on the electromagnetic coil side.
請求項18に記載のコアレス電気機械装置において、
前記切り欠き部は、前記穴あき円盤形状の前記電磁コイルと反対側の面まで達している、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 18,
The coreless electromechanical device, wherein the notch reaches a surface opposite to the holed disk-shaped electromagnetic coil.
請求項7から請求項19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、
前記ケースのうち前記投射領域を除いた部分は、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 7 to 19,
A portion of the case excluding the projection region is a coreless electromechanical device made of a non-conductive material.
請求項7から請求項20いずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、さらに、
前記回転軸を支持する軸受けを有し、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されている、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 7 to 20, further comprising:
A bearing for supporting the rotating shaft;
The bearing is a coreless electromechanical device made of a non-conductive material.
請求項21に記載のコアレス電気機械装置において、
前記軸受けは、非導電性材料で構成されたボール部を有する、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to claim 21,
The bearing is a coreless electromechanical device having a ball portion made of a non-conductive material.
請求項7から請求項22のうち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、
前記コイルバックヨークは、外気に露出している、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 7 to 22,
The coil back yoke is a coreless electromechanical device exposed to the outside air.
請求項1から請求項6までのうち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、
前記第1の部材は、内部に磁石を有する棒状構造を有し、
前記材2の部材は、前記材1の部材を軸とする周回方向に巻かれた電磁コイルを有し、前記第1の部材に沿って移動し、
前記コイルバックヨークは、前記第2の部材の移動方向と平行な層を有する積層構造を有している、コアレス電気機械装置。
The coreless electromechanical device according to any one of claims 1 to 6,
The first member has a rod-like structure having a magnet inside,
The member of the material 2 has an electromagnetic coil wound in a circumferential direction with the member of the material 1 as an axis, and moves along the first member.
The core back electromechanical device, wherein the coil back yoke has a laminated structure having a layer parallel to a moving direction of the second member.
コアレス電機機械装置であって、
永久磁石を有するローターと、
前記ローターを回転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、空芯である電磁コイルを有するステーターと、
前記有効コイル領域を覆い、前記コイルエンド領域を覆っていないコイルバックヨークと、
前記ローターとステーターと前記コイルバックヨークとを囲うケースと、を備え、
前記有効コイル領域は、前記永久磁石から前記電磁コイルに向けて前記永久磁石を投影したときの投影領域であり、
前記コイルバックヨークは、前記ローターの回転方向と平行な厚さ0.1mm以下の鋼板材を積層して形成されており、
前記ケースは、前記コイルバックヨークと重ならない部分において、非導電性材料で構成されている、コアレス電機機械装置。
A coreless electrical machine,
A rotor having a permanent magnet;
A stator having an effective coil region that generates a force for rotating the rotor, a coil end region, and an electromagnetic coil that is an air core;
A coil back yoke that covers the effective coil area and does not cover the coil end area;
A case that surrounds the rotor, the stator, and the coil back yoke,
The effective coil area is a projection area when the permanent magnet is projected from the permanent magnet toward the electromagnetic coil,
The coil back yoke is formed by laminating steel sheets having a thickness of 0.1 mm or less parallel to the rotation direction of the rotor,
The core is a coreless electrical machine apparatus, wherein the case is made of a non-conductive material in a portion that does not overlap the coil back yoke.
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