JP2015183698A - ローター軸、電気機械装置、ロボット、移動体、及びローター軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＦＲＰで形成したローター軸の捻れ剛性を高める。【解決手段】ローター軸５０は、外周に歯車５００を設置可能なローター軸５０である。ローター軸５０は、中空部を有し、炭素繊維を含む樹脂で構成され、歯車５００を設置する設置部２３０ｂの外径を太径の形状とした。ローター軸５０において、炭素繊維は、複数の繊維束が交差した布状繊維として形成されている。炭素繊維の向きとローター軸５０の方向との為す角は４５?である。【選択図】図１

Description

本発明は、モーター、発電機などの電気機械装置のローター軸に関するものである。

歯車軸のみを高高度の特殊鋼として、且つ、細い軸径の構造が知られている（例えば特許文献１）。外周に繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）層を設けたドライブシャフト軸が知られている（例えば特許文献２）。

特開平７−３１０９９号公報 特開２０１０−２４９１４５号公報

ロボットや移動体では、電気機械装置が発生させるトルクを、ローター軸に取り付けられた歯車を介して外部に伝える。ローター軸をＣＦＲＰで形成した場合、ＣＦＲＰは、繊維と平行な方向の捻れ剛性は鋼材以上に強いが、繊維と垂直な方向の捻れ剛性はそれほど強くないという問題があった。また、ローター軸と歯車との間にかかる力については十分に考慮されていなかった。

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。

（１）本発明の一形態によれば、ローター軸が提供される。このローター軸は、外周に歯車を設置可能なローター軸であって、中空部を有し、炭素繊維を含む樹脂で構成され、前記歯車を設置する設置部の外径を太径の形状とした。この形態によれば、ローター軸の外径を太径の形状としたので、ローター軸と歯車との間にかかる力を小さく出来、捻れ剛性を高めることが出来る。

（２）上記形態のローター軸において、前記設置部の外径は、前記設置部以外における外径よりも太い太径であってもよい。この形態によれば、設置部における外径が設置部以外における外径よりも太い太径なので、ローター軸と歯車との間にかかる力を小さく出来、捻れ剛性を高めることが出来る。
（３）上記形態のローター軸において、前記炭素繊維は、複数の繊維束が交差した布状繊維として形成されていても良い。この形態によれば、ローター軸の双方向の捻れ剛性を高めることが可能となる。

（４）上記形態のローター軸において、前記炭素繊維の向きと、前記ローター軸の方向との為す角は４５°であってもよい。この形態によれば、ローター軸の捻れ剛性をより高めることが可能となる。

（５）上記形態のローター軸において、前記設置部の外径が前記太径の径になるまで、前記布状繊維が、前記設置部以外の場所よりも多数回巻かれてもよい。この形態によれば、設置部におけるローター軸の外径を、太径に出来る。

（６）上記形態のローター軸において、前記設置部と、外周に歯車を接続しない部分とは、一体構造であってもよい。この形態によれば、ローター軸全体の強度を高めることが出来る。

（７）本発明の一形態によれば、電気機械装置が提供される。この電気機械装置は、上記形態のローター軸と、前記ローター軸に接合された磁石と、前記磁石と隙間を有して配置された電磁コイルと、を備える。この形態によれば、ローター軸と歯車との間にかかる力を小さく出来、捻れ剛性を高めることが出来る。

（８）上記形態の電気機械装置において、前記ローター軸の前記磁石の接合部の外径は、太径の形状であってもよい。この形態によれば、ローター軸と磁石との間にかかる力を小さく出来、捻れ剛性を高めることが出来る。

（９）上記形態の電気機械装置において、前記ローター軸に接する軸受けを備え、前記軸受けの内径の大きさは、前記設置部における前記ローター軸の外径の大きさと等しくてもよい。この形態によれば、電気機械装置の製造が容易である。

（１０）本発明の一形態によれば、上記形態の電気機械装置を備えたロボットが提供されてもよい。

（１１）本発明の一形態によれば、上記形態の電気機械装置を備えた移動体が提供されてもよい。

（１２）本発明の一形態によれば、歯車を取り付け可能なローター軸の製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、（ｂ）前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、（ｃ）前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、筒状に巻く工程と、を備え、前記工程（ｃ）において、前記歯車を取り付ける設置部に前記織布をより多く巻いてローター軸の前記設置部の外径の大きさを、太径の形状とする。この形態によれば、歯車を取り付ける設置部の外径を、太径の形状とすることが容易である。

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、ローター軸の他、電気機械装置、電気機械装置を備えたロボット、移動体、その他の応用製品、ローター軸の製造方法、電気機械装置の製造方法等、様々な形態で実現することができる。

第１の実施形態の歯車付きローター軸の一部を模式的に示す説明図である。 ローター軸を形成する材料である炭素繊維の織布を示す説明図である。 炭素繊維織布の巻角度と中心軸のねじれ破断トルクとの関係を示す説明図である。 炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。 炭素繊維織布からローター軸を製造する工程を示す説明図である。 製造されたローター軸を示す説明図である。 第２の実施形態にかかる歯車付きコアレスモーター（電気機械装置）の構成を模式的に示す説明図である。 第２の実施形態のローター軸を形成する炭素繊維織布を示す説明図である。 製造されたローター軸を示す説明図である。 第２の実施形態のコアレスモーターの製造工程の一部を示す説明図である。 第２の実施形態の変形例におけるローター軸を形成する炭素繊維織布を示す説明図である。 第２の実施形態の変形例におけるローター軸を示す説明図である。 本実施形態で説明したコアレスモーターを利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。 本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。

第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態の歯車付きのローター軸５０の一部を模式的に示す説明図である。歯車付きのローター軸５０は、ローター軸２３０と、歯車５００と、を備える。ローター軸２３０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で作られており、歯車５００は、金属で作られている。なお、剛性が高ければ、歯車５００は、金属以外の材料で作られていても良い。ローター軸２３０は、例えば、電気モーターや、内燃機関などの駆動装置に接続されており、電気モーターや内燃機関により、回転駆動される。歯車５００とローター軸２３０とは、接着剤で接着される。本実施形態では、ローター軸２３０のうち、歯車５００が取り付けられる設置部２３０ｂの外径の大きさは、設置部以外の場所におけるローター軸２３０の外径の大きさよりも大きい太径である。トルクＴは、力Ｆ×（回転中心からの距離ｒ）に比例するので、トルクＴを一定とすると、設置部２３０ｂの外径を太径とすれば、ローター軸２３０の回転中心からローター軸２３０と歯車５００との接着部までの距離ｒが大きくなるので、ローター軸２３０と歯車５００との間の接着部に掛かる力Ｆを小さくできる。ローター軸２３０と歯車５００との間の接着が剥がれることを抑制できる。本実施形態では、ローター軸２３０の設置部２３０ｂには、略円筒形の空洞部２３０ｃが形成されているが、空洞部２３０ｃは無くても良い。本実施形態の歯車付きローター軸５０では、設置部２３０ｂの両側に軸受け２４０が配置されており、ローター軸２３０を支持している。

図２は、ローター軸２３０を形成する材料である炭素繊維の炭素繊維織布２３３を示す説明図である。ローター軸２３０は、炭素繊維織布２３３が、円筒形に丸められて形成される。炭素繊維織布２３３は、炭素繊維束２３２Ａ、２３２Ｂが交差するように四つ目編み（クロス織り）されて形成されている。ここで、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂは同じ物であり、符号を変えているのは、四つ目編みする時に縦と横とを区別するためである。両者を区別しない場合には、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂを、炭素繊維束２３２と呼ぶ。炭素繊維束２３２は、炭素繊維２３１が細長い平面上に束ねられて形成されている。なお、図面上では、炭素繊維２３１についても、炭素繊維束２３２Ａと２３２Ｂと同様に、縦と横とを区別して、炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂという符号をつけている。

炭素繊維織布２３３の右側に示した矢印は、炭素繊維織布２３３の巻かれる方向（「巻方向」と呼ぶ。）を示している。炭素繊維織布２３３の巻方向は、丸められた中空円筒状の炭素繊維織布の中心軸と垂直な方向である。本実施例の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きと、炭素繊維織布２３３の巻方向との為す角の大きさを、巻方向の角度と呼ぶ。例えば、巻方向の角度が９０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と９０°（垂直）となり、丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸と平行となる。このとき、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と平行となる。同様に、巻方向の角度が６０°の場合、一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と６０°の角を為しており、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、炭素繊維織布２３３の巻方向と３０°（＝９０°―６０°）の角を為している。巻方向の角度が４５°の場合、炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａの向き、炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂの向きは、いずれも、炭素繊維織布２３３の巻方向と４５°の角を為している。なお、また、炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂの向きと丸められた炭素繊維織布２３３の中心軸との為す角も４５°である。一方の炭素繊維束２３２Ａの炭素繊維２３１Ａからみて９０°、６０°の角度は、他方の炭素繊維束２３２Ｂの炭素繊維２３１Ｂから見れば、それぞれ０°、３０°の角度となる。ここで、炭素繊維束２３２Ａと炭素繊維束２３２Ｂは交換可能である。したがって、巻方向の角度が６０°の場合は、巻方向の角度が３０°の場合と同じである。以下では、炭素繊維２３１Ａの方向と、炭素繊維織布２３３の巻方向が為す角を「巻角度」とも呼ぶ。

図３は、炭素繊維織布の巻角度と、中心軸のねじれ破断トルクと、の関係を示す説明図である。巻角度が４５°となるように、炭素繊維織布２３３（図２）を丸めることにより、ねじれ破断トルクを最大にすることができる。

図４は、炭素繊維織布の製造工程を示す説明図である。まず、工程（Ａ）では、炭素繊維２３１を準備し、炭素繊維２３１を束ねて細長い炭素繊維束２３２を製造する。次に、工程（Ｂ）では、炭素繊維束２３２を四つ目編みして炭素繊維織布２３３を製造する。図４では、炭素繊維束２３２が四つ目編みに編まれていく様子が示されている。その後、工程（Ｃ）では、炭素繊維織布２３３を長方形形状に切断する。このとき、長方形の各辺と、炭素繊維の向きが４５°となるように切断する。なお、切断形状は、製造したいローター軸２３０の形状に合わせてもよい。

図５は、炭素繊維織布からローター軸を製造する工程を示す説明図である。まず、炭素繊維織布２３３を所定の形状に切断したものを準備する。本実施形態では、炭素繊維織布２３３は、略長方形の基部２３３ａに加えて、巻方向に長い長尺部２３３ｂを有している。長尺部２３３ｂが丸められる部分は、基部２３３ａが巻かれて出来る部分よりも炭素繊維織布２３３が多数回巻かれるため、外径が大きくなる。すなわち、長尺部２３３ｂは、ローター軸２３０の設置部２３０ｂ（図１）を形成する。なお、長尺部２３３ｂは、略長方形の切抜部２３３ｃを備えていても良い。切抜部２３３ｃは、炭素繊維織布２３３が丸められたときに、空洞部２３０ｃ（図１）を形成する。なお、基部２３３ａと長尺部２３３ｂとは、図５に示すように１枚で構成されていても良く、基部２３３ａと長尺部２３３ｂとが２枚に分かれて構成されていてもよい。

工程（Ａ）では、内枠型４００の外周に剥離剤を塗布し、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３を巻き付ける。本実施例では、内枠型４００は、４つに分割可能であり、内枠型４００が合体した形状は、円筒形である。なお、内枠型４００の内部は空洞である。なお、内枠型４００の分割数は、４以外の数でもよい。炭素繊維織布２３３を巻き方向は、炭素繊維織布２３３の炭素繊維２３１（図４）と４５°の角度となる方向である。

工程（Ｂ）では、外枠型４１０の内周に剥離剤を塗布したのち、外枠型４１０の内側に炭素繊維織布２３３が巻かれた内枠型４００を挿入する。外枠型４１０は、ローター軸２３０の外径の大きさに合わせて複数準備される。なお、外枠型４１０についても、内枠型４００と同様に、複数に分割可能であっても良い。次の工程（Ｃ）では、内枠型４００の内部の空洞に加圧枠型４０５を挿入する。このとき、外枠型４１０及び加圧枠型４０５から加熱する。加圧枠型４０５は、例えば円錐台の形状を有しており、細い方から内枠型４００の内部の空洞に、内枠型の両側から挿入していくことにより、内枠型４００を外枠型４１０の方に加圧することができる。これにより、モールド用樹脂に浸された炭素繊維織布２３３は、加熱圧縮される。

工程（Ｄ）では、外枠型４１０を外す。外枠型４１０の内周には剥離剤が塗布されているので、外枠型４１０は、容易に取り外すことが可能である。工程（Ｅ）では、加圧枠型４０５を抜き、工程（Ｆ）では、内枠型４００を１つずつ外していく。これにより、炭素繊維強化プラスチックにより形成されたローター軸２３０を製造することができる。

図６は、製造されたローター軸２３０を示す説明図である。ローター軸２３０の中心部付近が他の部分よりも外径が大きく太径となっており、この外径が大きい部分が、歯車５００を取り付ける設置部２３０ｂとなる。設置部２３０ｂに接着剤で歯車５００を取り付ければ、歯車５００付きのローター軸５０を製造できる。

以上、本実施形態によれば、ローター軸２３０と歯車５００との設置部２３０ｂにおけるローター軸２３０の外径の大きさは、設置部２３０ｂ以外の場所におけるローター軸２３０の外径の大きさよりも大きい太径なので、ローター軸２３０の外径の大きさが設置部２３０ｂと設置部２３０ｂ以外が同じ外径の大きさであるローター軸２３０よりも、ローター軸２３０と歯車５００との間に掛かる力Ｆを小さく出来る。炭素繊維織布２３３の炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂは、複数の炭素繊維束２３２Ａ、２３２Ｂが交差した布状繊維として形成されていているので、ローター軸２３０の捻れ剛性を含む諸強度を高めることが可能となる。さらに、炭素繊維２３１Ａ、２３１Ｂの向きと、ローター軸２３０の方向との為す角は４５°であるので、ローター軸２３０の捻れ剛性を含む諸強度をより高めることが可能となる。

また、ローター軸２３０の設置部２３０ｂと、設置部２３０ｂ以外の場所は、１枚の炭素繊維織布２３３から一体に構成された一体構造であるので、全体の剛性を高めることができる。

第２の実施形態：
図７は、第２の実施形態にかかる歯車付きコアレスモーター（電気機械装置）の構成を模式的に示す説明図である。図７（Ａ）は、コアレスモーター１０のローター軸２３０に平行な面で切った断面を模式的に示し、図７（Ｂ）は、歯車５００部分をローター軸２３０に垂直な面で切った断面を模式的に示している。

コアレスモーター１０は、略円筒状のステーター１５が外側に配置され、略円筒状のローター２０が内側に配置されたインナーローター型モーターである。ステーター１５は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、ケーシング１１０と、コイルバックヨーク１１５と、磁気センサー３００とを備えている。ローター２０は、ローター軸２３０と、磁石２００と、磁石サイドヨーク２１５と、磁石バックヨーク２３６と、軸受け２４０、２４１と、波バネ座金２６０と、を備えている。

ローター２０は、中心にローター軸２３０を有しており、ローター軸２３０の外周には、磁石バックヨーク２３６が配置されている。磁石バックヨーク２３６の外周には、複数の磁石２００が配置されている。複数の磁石２００は、ローター軸２３０の中心から外部に向かう方向（放射方向）に磁化された磁石２００と、中心から外部に向かう方向（中心方向）に磁化された磁石２００とを含んでおり、磁化方向が中心方向である磁石２００と、磁化方向が放射方向である磁石２００は、円周方向に沿って交互に配置されている。磁石２００のローター軸２３０方向の端部には、磁石サイドヨーク２１５が設けられている。磁石サイドヨーク２１５は、軟磁性体材料で形成された円盤状の部材である。磁石２００からでた磁束のうち、ローター軸２３０方向に漏れ出た磁束は、磁石サイドヨーク２１５を通りやすい。ローター軸２３０は、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、貫通孔２３９を有している。ローター軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０、２４１で支持されてケーシング１１０に取り付けられている。また、本実施例では、ケーシング１１０の内側に、波バネ座金２６０が設けられており、この波バネ座金２６０は、磁石２００の位置決めを行っている。但し、波バネ座金２６０は省略可能である。

ケーシング１１０は、略円筒形をした筐体である。ケーシングの内周に沿って、二相の電磁コイル１００Ａ、１００Ｂが配列されている。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、磁石２００と隙間を空けて配置されている。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、有効コイル領域とコイルエンド領域とを有している。ここで有効コイル領域とは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向のローレンツ力を与える領域であり、コイルエンド領域は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに電流が流れたときに、ローター２０に対して回転方向と異なる方向のローレンツ力を与える領域である。ただし、コイルエンド領域は、有効コイル領域を挟んで２つあり、それぞれのローレンツ力は、大きさが同じで、向きが反対であるので、打ち消し合う。有効コイル領域においては、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、ローター軸２３０とほぼ平行な方向であり、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを構成する導体配線は、回転方向と平行である。また、有効コイル領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、磁石２００と重なっているが、コイルエンド領域では、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、磁石２００と重なっていない。なお、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂを合わせて電磁コイル１００とも呼ぶ。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂとケーシング１１０との間には、コイルバックヨーク１１５が設けられている。コイルバックヨーク１１５のローター軸２３０方向の長さは、磁石２００のローター軸２３０方向の長さとほぼ同じである。ローター軸２３０からコイルバックヨーク１１５に向かって放射方向に放射線を引いたとき、放射線は、磁石２００をちょうど貫く。すなわち、コイルバックヨーク１１５と磁石２００は、重なっている。

ステーター１５には、さらに、ローター２０の位相を検出する位置センサーとしての磁気センサー３００が、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの各相に１つずつ配置されている。なお、図１（Ａ）では、一方の磁気センサー３００のみを表示している。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。ここで、磁気センサー３００は、コイルエンド領域から、ローター軸２３０に垂線を降ろしたときの垂線上に配置されている。

ローター軸２３０の図面右方の部分である設置部２３０ｂは、ローター軸２３０の設置部２３０ｂ以外の部分に比べて外径が大きい太径に形成されており、設置部２３０ｂに歯車５００が取り付けられている。なお、設置部２３０ｂの外径は、軸受け２４１の内径と同じ大きさであってもよい。コアレスモーター１０の製造が容易となる。

図８は、第２の実施形態のローター軸を形成する炭素繊維織布を示す説明図である。炭素繊維織布２３３は、基部２３３ａに加えて、第１の長尺部２３３ｂと第２の長尺部２３３ｄとを有している。第１の長尺部２３３ｂと第２の長尺部２３３ｄが丸められた部分は、基部２３３ａが丸められた部分よりも外径が大きくなる。第１の長尺部２３３ｂが丸められた部分に歯車５００が配置され、第２の長尺部２３３ｄが丸められた部分に磁石２００が配置される。図８に示した炭素繊維織布２３３から、図５で説明したのと同様の工程によって、ローター軸２３０が製造される。

図９は、製造されたローター軸を示す説明図である。ローター軸２３０の、歯車５００が取り付けられる設置部２３０ｂと、磁石２００が取り付けられる接合部２３０ｄは、ローター軸２３０の他の部分よりも外径が大きい太径に形成されている。

図１０は、第２の実施形態のコアレスモーターの製造工程の一部を示す説明図である。工程（Ａ）では、ローター軸２３０を準備する。このローター軸２３０は、図４、５に示す工程により製造することができる。工程（Ｂ）では、ローター軸２３０の接合部２３０ｄに磁石バックヨーク２３６を配置する。磁石バックヨーク２３６は、例えば、Ｂ−Ｈ特性でＢが大きく、Ｈが最小となる軟磁性体材料で、鉄損失の少ない積層鋼板材で形成されている。

工程（Ｃ）では、極異方性磁石の未着磁状態の磁石（以下「未着磁磁石２０１」と呼ぶ。）を磁石バックヨーク２３６と同等の位置に挿入する。この未着磁磁石２０１は、後の工程で外部から着磁されることにより、磁石２００に変化する。

工程（Ｄ）では、未着磁磁石２０１とローター軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。先ず、未着磁磁石２０１の両端部に磁石サイドヨーク２１５を配置し、さらに、外金型４３０を配置する。ローター軸２３０は、外径の大きな部分と外径の小さな部分とを有しているので、外金型４３０は、複数個に分割できても良い。外金型４３０は、樹脂注入口４３１を有し、空気排出口４３２と、を備えている。樹脂注入口４３１から樹脂を注入して加圧、加熱し、未着磁磁石２０１とローター軸２３０とを樹脂でモールドして一体化する。

工程（Ｅ）では、例えば誘導コイルを用いて、未着磁磁石２０１に対して外部から着磁する。樹脂でモールドする前に着磁した場合、モールド時の熱で磁力が弱くなる恐れがあるので、樹脂でモールドした後に着時することが好ましい。なお、ローター軸２３０のバランスを取るために、バランス調整用のバランス錘を貼り付ける、あるいは、樹脂の一部を削る工程を加えても良い。工程（Ｆ）では、軸受け２４０を配置する。磁石２００が取り付けられたローター軸２３０を、電磁コイル１００Ａ，１００Ｂが配置されたステーターに差し込んで、歯車５００を設置部２３０ｂに接着することにより、歯車付きコアレスモーター１０（図７）を製造することが出来る。

以上、第２の実施形態によれば、歯車５００の設置部２３０ｂにおけるローター軸２３０の外径の大きさは、設置部２３０ｂ、接合部２３０ｄ以外の場所におけるローター軸２３０の外径の大きさよりも大きい太径なので、ローター軸２３０の外径の大きさが設置部２３０ｂと設置部２３０ｂ以外が同じ大きさのローター軸２３０よりも、ローター軸２３０と歯車５００との間に掛かる力を小さく出来る。同様に、磁石２００の接合部２３０ｄにおけるローター軸２３０の外径の大きさは、設置部２３０ｂ、接合部２３０ｄ以外の場所におけるローター軸２３０の外径の大きさよりも大きいので、ローター軸２３０の外径の大きさが接合部２３０ｄと接合部２３０ｄ以外が同じ外径の大きさのローター軸２３０よりも、ローター軸２３０と磁石２００との間に掛かる力を小さく出来る。

図１１は、第２の実施形態の変形例におけるローター軸を形成する炭素繊維織布２３３を示す説明図である。この炭素繊維織布２３３は、長尺部２３３ｄに切抜部２３３ｅを有している。

図１２は、第２の実施形態の変形例におけるローター軸を示す説明図である。このローター軸２３０は、２３０ｅを備えている。このように、磁石２００の設置部２３０ｄに空洞部２３０ｃが形成されていてもよい。

図１３は、本実施形態で説明したコアレスモーター１０を利用した双腕キャスター付ロボットの一例を示す説明図である。図１３に示すように、双腕キャスター付ロボット３７６２は車体部３７６３を備えている。車体部３７６３は車体本体３７６３ａを備え、車体本体３７６３ａの地面側には４つの車輪３７６３ｂが設置されている。そして、車体本体３７６３ａには車輪３７６３ｂを駆動する回転機構が内蔵されている。さらに、車体本体３７６３ａには双腕キャスター付ロボット３７６２の姿勢及び動作を制御する制御部３７６４が内蔵されている。

車体本体３７６３ａ上には、本体回転部３７６５、本体部３７６６がこの順に重ねて設置されている。本体回転部３７６５には本体部３７６６を回転させる回転機構が設置されている。そして、本体部３７６６は鉛直方向を回転中心として回動する。本体部３７６６上には一対の撮像装置３７６７が設置され、撮像装置３７６７は双腕キャスター付ロボット３７６２の周囲を撮影する。そして、撮影した物と撮像装置３７６７との距離を検出することができる。

本体部３７６６の側面のうち対向する２つの面には左腕部３７６８及び右腕部３７６９が設置されている。左腕部３７６８及び右腕部３７６９はそれぞれ可動部としての上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２を備えている。上腕部３７７０、下腕部３７７１、ハンド部３７７２は回動または屈曲可能に接続されている。そして、本体部３７６６には本体部３７６６に対して上腕部３７７０を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。上腕部３７７０には上腕部３７７０に対して下腕部３７７１を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。下腕部３７７１には下腕部３７７１に対してハンド部３７７２を回動させる回転機構３７７３が内蔵されている。さらに、下腕部３７７１には下腕部３７７１の長手方向を回転軸にして捻る回転機構３７７３が内蔵されている。

ハンド部３７７２はハンド本体３７７２ａとハンド本体３７７２ａの先端に位置する一対の板状の可動部としての把持部３７７２ｂを備えている。ハンド本体３７７２ａには把持部３７７２ｂを移動しての把持部３７７２ｂ間隔を変更させる直動機構３７７４が内蔵されている。ハンド部３７７２は把持部３７７２ｂを開閉して被把持物を把持することができる。

回転機構３７７３及び直動機構３７７４には本実施形態で説明したコアレスモーター１０を備えている。従って、重い部材を支持して回転機構３７７３の回転方向を反転させるときにもローター軸２３０と歯車５００との間の接着を外れにくく出来る。そして、直動機構３７７４は移動方向を反転させるときにも同様に、ローター軸２３０と歯車５００との間の接着を外れにくく出来る。

さらに、車輪３７６３ｂを回転させる回転機構と本体部３７６６を回転させる回転機構とは、本実施形態で説明したコアレスモーター１０が組み込まれている。従って、双腕キャスター付ロボット３７６２が進行方向を変えるときにも、ローター軸２３０と歯車５００との間の接着を外れにくく出来る。そして、双腕キャスター付ロボット３７６２が本体部３７６６の回転方向を変えるときにもローター軸２３０と歯車５００との間の接着を外れにくく出来る。

図１４は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、電動モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。この電動モーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、電動モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。この電動モーター３５１０としては、上述した各種のコアレスモーター１０を利用することができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…コアレスモーター
１５…ステーター
２０…ローター
５０…ローター軸
１００、１００Ａ、１００Ｂ電磁コイル
１１０…ケーシング
１１５…コイルバックヨーク
２００…磁石
２０１…未着磁磁石
２１５…磁石サイドヨーク
２３０…ローター軸
２３０ｂ…設置部
２３０ｃ…空洞部
２３０ｄ…接合部
２３０方向…ローター軸
２３１、２３１Ａ、２３１Ｂ…炭素繊維
２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ…炭素繊維束
２３３…炭素繊維織布
２３３ａ…基部
２３３ｂ…第１の長尺部
２３３ｃ…切抜部
２３３ｄ…第２の長尺部
２３３ｅ…切抜部
２３６…磁石バックヨーク
２３９…貫通孔
２４０…軸受け
２６０…波バネ座金
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
４００…内枠型
４０５…加圧枠型
４１０…外枠型
４３０…外金型
４３１…樹脂注入口
４３２…空気排出口
５００…歯車
３５００…鉄道車両
３５１０…電動モーター
３５２０…車輪
３７６２…双腕キャスター付ロボット
３７６３…車体部
３７６３ａ…車体本体
３７６３ｂ…車輪
３７６４…制御部
３７６５…本体回転部
３７６６…本体部
３７６７…撮像装置
３７６８…左腕部
３７６９…右腕部
３７７０…上腕部
３７７１…下腕部
３７７２…ハンド部
３７７２ａ…ハンド本体
３７７２ｂ…把持部
３７７３…回転機構
３７７４…直動機構

Claims (12)

1. 外周に歯車を設置可能なローター軸であって、
   中空部を有し、
   炭素繊維を含む樹脂で構成され、
   前記歯車を設置する設置部の外径を太径の形状としたローター軸。
2. 請求項１に記載のローター軸において、
   前記設置部の外径は、前記設置部以外における外径よりも太い太径であるローター軸。
3. 請求項１または２に記載のローター軸において、
   前記炭素繊維は、複数の繊維束が交差した布状繊維として形成されている、ローター軸。
4. 請求項３に記載のローター軸において、
   前記炭素繊維の向きと、前記ローター軸の方向との為す角は４５°である、ローター軸。
5. 請求項３または４に記載のローター軸において、
   前記設置部の外径が前記太径の径になるまで、前記布状繊維が、多数回巻かれている、ローター軸。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のローター軸において、
   前記設置部と、外周に歯車を接続しない部分とは、一体構造である、ローター軸。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のローター軸と、
   前記ローター軸に接合された磁石と、
   前記磁石と隙間を有して配置された電磁コイルと、
   を備える、電気機械装置。
8. 請求項７に記載の電気機械装置において、
   前記ローター軸の前記磁石の接合部の外径は、太径の形状である、電気機械装置。
9. 請求項７または８に記載の電気機械装置において、
   前記ローター軸に接する軸受けを備え、
   前記軸受けの内径の大きさは、前記設置部における前記ローター軸の外径の大きさと等しい、電気機械装置。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えるロボット。
11. 請求項７から９のいずれか一項に記載の電気機械装置を備える移動体。
12. 歯車を取り付け可能なローター軸の製造方法であって、
    （ａ）炭素繊維を用いて炭素繊維束を形成する工程と、
    （ｂ）前記炭素繊維束を四つ目編みして織布を形成する工程と、
    （ｃ）前記織布を、前記織布の炭素繊維の方向と、丸める方向との為す角が４５°となるように、筒状に巻く工程と、
    を備え、
    前記工程（ｃ）において、前記歯車を取り付ける設置部に前記織布をより多く巻いてローター軸の前記設置部の外径を、太径の形状とする、ローター軸の製造方法。

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