專利名稱：電動機械裝置、機器人以及移動體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動機械裝置、機器人以及移動體。
背景技術：
公知一種技術(例如專利文獻1)，該技術具備為了使定子線圈在無槽馬達的超高速旋轉時也不從殼體分離，而具有與定子線圈壓接的外周面以及與上述磁鐵保持規(guī)定空隙的內周面且配置在該磁鐵和定子線圈之間的定子環(huán)；將上述定子環(huán)固定在被固定于上述殼體的兩端的殼體蓋，且使上述磁鐵的外周面和定子環(huán)的內周面的間隔距離保持恒定的固定單元。專利文獻I :日本特開2000 - 50557號公報
但在以往的技術中，考慮強度和易散熱，由作為導體的不銹鋼形成定子環(huán)，但沒有充分考慮在定子環(huán)中產生的渦流所引起的發(fā)熱、損耗。即、為了定子環(huán)的散熱，優(yōu)選使用熱傳導率良好的材料，但一般存在若使用熱傳導率良好的導電性材料，則在定子環(huán)中產生渦流這樣的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述的以往課題而完成的，產生在更高轉矩時(大電流流過電磁線圈的狀態(tài))產生的與轉子旋轉方向相反的較大力，并轉換為電磁線圈因線圈背軛而失去逃逸空間而向轉子側突出的力。另外，以抑制渦流所引起的發(fā)熱、損耗，提高電動機械裝置的效率為目的。本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下方式或者應用例來實現(xiàn)。應用例I一種電動機械裝置，該電動機械裝置具備轉子，其具有中心軸和配置在沿上述中心軸的外周的圓筒面上的永久磁鐵；定子，其具有配置在沿上述永久磁鐵的外周的圓筒面上的空芯的電磁線圈以及配置在上述永久磁鐵和上述電磁線圈之間的圓筒形的管部件，上述管部件由碳纖維強化塑料形成，編織對碳纖維捆扎而形成的碳纖維束來形成上述碳纖維強化塑料。根據(jù)該應用例，管部件由碳纖維強化塑料形成，碳纖維強化塑料是編織對碳纖維捆扎而形成的碳纖維束而形成的導電性材料，熱傳導率也良好。渦流一般以近似圓形流過閉合路徑，但在采用了這樣的構成的情況下，由于與碳纖維正交的方向的電流難以流動，所以能夠抑制在管部件中產生的渦流。即，抑制渦流所引起的發(fā)熱、損耗，能夠提高電動機械裝置的效率。應用例2在應用例I所述的電動機械裝置中，編織至少2個方向的碳纖維束來形成上述管部件。
根據(jù)該應用例，能夠抑制管部件在與碳纖維的方向平行的方向上裂開、破裂。應用例3在應用例I或者2所述的電動機械裝置中，上述管部件在上述電磁線圈側的表面具有非導電性層。根據(jù)該應用例，能夠抑制電磁線圈和管部件的碳纖維的短路。應用例4具備應用例I 3中任意一項所述的電動機械裝置的機器人。應用例5 具備應用例I 3中任意一項所述的電動機械裝置的移動體。此外，本發(fā)明能夠以各種方式實現(xiàn)，例如，除了馬達、發(fā)電裝置等電動機械裝置外，還能夠以使用了它們的機器人、移動體、電動機械裝置的制造方法等的方式實現(xiàn)。


圖I是表不無鐵芯馬達的構成的說明圖。圖2是表示沿圓筒面展開線圈背軛115和電磁線圈100A、100B，從線圈背軛115側觀察時的狀態(tài)的說明圖。圖3是表示碳纖維織物的制造工序的說明圖。圖4是表示利用碳纖維織物制造管部件的工序的說明圖。圖5是表示渦流損耗的測定方法的一個例子的說明圖。圖6是對由碳纖維強化塑料形成管部件270時的渦流損耗和由鋁形成管部件270時的渦流損耗進行比較的說明圖。圖7是對由碳纖維強化塑料形成管部件時的渦流較少的理由進行說明的說明圖。圖8是表示使碳纖維織物273的卷繞方向旋轉了 45度的變形例的說明圖。圖9A是說明電磁線圈100A的成型工序的說明圖。圖9B是說明電磁線圈100B的成型工序的說明圖。圖IOA是表示電磁線圈100A的絕緣膜層形成工序的說明圖。圖IOB是表示電磁線圈100B的絕緣膜層形成工序的說明圖。圖11是表示電磁線圈100A和100B的組裝工序的說明圖。圖12是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其一)。圖13是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其二)。圖14是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其三)。圖15是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其四)。圖16是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其五)。圖17是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達/發(fā)電機的作為移動體的一個例子的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。圖18是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的機器人的一個例子的說明圖。圖19是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的雙臂7軸機器人的一個例子的說明圖。圖20是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的鐵道車輛的說明圖。
具體實施例方式圖I是表示無鐵芯馬達的構成的說明圖。圖I (A)示意地表示以與中心軸230平行的面(圖I (B)的IA — IA截面)切開無鐵芯馬達10時的剖面，圖I (B)示意地表示以與中心軸230垂直的面(圖I (A)的IB - IB截面)切開無鐵芯馬達的剖面。無鐵芯馬達10是在外側配置近似圓筒狀的定子15而在內側配置近似圓筒狀的轉子20的內轉子型馬達。定子15具備電磁線圈100AU00B、管部件270、外殼110、線圈背軛115和磁傳感器300。轉子20具備中心軸230、永久磁鐵200、磁鐵側軛215、216、磁鐵背軛236、軸承240和波形彈簧墊圈260。轉子20在中心具有中心軸230，在中心軸230的外周配置有磁鐵背軛236。在磁鐵背軛236的外周配置有6極永久磁鐵200。6極永久磁鐵200包含從中心軸230的中心朝向外部的方向(放射方向)被磁化的永久磁鐵200、和從外部朝向中心軸230的中心的方向(中心方向)被磁化的永久磁鐵200，磁化方向為中心方向的永久磁鐵200和磁化方向為放射方向的永久磁鐵200沿圓周方向交替配置。在圖I (B)的永久磁鐵200上標注的“N”、 “S”的標記表示永久磁鐵200的外周側的磁極的極性。另外,在本實施例中,磁化方向采用軸向方向(放射方向或中心方向)，但永久磁鐵200的磁化方向可以是軸向方向、平行方向的任意的磁化。在永久磁鐵200的沿中心軸230方向的端部設置有磁鐵側軛215、216。磁鐵側軛215、216是由軟磁性體材料形成的圓盤狀的部件。在磁鐵側軛215的外側且在定子15上設置有磁傳感器300。也將配置磁傳感器300側的磁鐵側軛215稱作“第I磁鐵側軛215”，將與配置磁傳感器300側相反一側的磁鐵側軛216稱作“第2磁鐵側軛216”。磁鐵側軛215的沿中心軸230方向的厚度比磁鐵側軛216的沿中心軸230方向的厚度薄。由于與空氣中相比,磁通容易在軟磁性體材料中通過,所以從永久磁鐵200發(fā)出的磁通中的、在中心軸230方向漏出的磁通容易通過磁鐵側軛215、216。中心軸230由碳纖維強化塑料形成，具有貫通孔239。中心軸230被外殼110的軸承240支承地安裝在外殼110上。另外，在本實施例中，在外殼110的內側設置有波形彈簧墊圈260，該波形彈簧墊圈260進行永久磁鐵200的定位。其中，能夠省略波形彈簧墊圈260。外殼110是框體。外殼110具備中心軸230方向的中央的圓筒形部分IlOa和兩端的板狀部分110b。圓筒形部分IlOa由鋁等熱傳導性良好的材料形成。板狀部分IlOb具有近似正方形形狀，在4個角具有用于將無鐵芯馬達10固定于其他裝置的螺孔110c。在外殼110的圓筒形部分IlOa的內周側設置有線圈背軛115。線圈背軛115的中心軸230方向的長度與永久磁鐵200的中心軸230方向的長度幾乎相同。中央的圓筒形部分IlOa由鋁等熱傳導性良好的材料形成是因為容易向外部釋放出在線圈背軛115中產生的熱。并且，作為在線圈背軛115中產生熱的原因，列舉隨著轉子20的永久磁鐵200的旋轉而產生的渦流的損耗(以下稱“渦流損耗”。)。在從中心軸230朝向線圈背軛115在放射方向上引出放射線時，放射線正好穿過永久磁鐵200。即，若從中心軸230觀察，則看到線圈背軛115和永久磁鐵200重疊。在線圈背軛115的內周側沿線圈背軛115的內周排列有二相的電磁線圈100A、IOOB0在不區(qū)別電磁線圈100AU00B的情況下，將電磁線圈100A、100B統(tǒng)稱為“電磁線圈100”。電磁線圈100AU00B具有有效線圈區(qū)域和線圈端部區(qū)域。這里，有效線圈區(qū)域是電流流過電磁線圈100A、100B時,給予轉子20旋轉方向的洛倫茲力的區(qū)域,線圈端部區(qū)域是電流流過電磁線圈100AU00B時，給予轉子20與旋轉方向不同的方向(主要是垂直旋轉方向的方向)的洛倫茲力的區(qū)域。其中，隔著有效線圈區(qū)域有2個線圈端部區(qū)域，在每一個線圈端部區(qū)域產生的洛倫茲力的大小相同、方向相反，所以相互抵消。在有效線圈區(qū)域中，構成電磁線圈100AU00B的導體布線是與中心軸230幾乎平行的方向，在線圈端部區(qū)域中，構成電磁線圈100A、100B的導體布線與轉子20的旋轉方向平行。而且，在從中心軸230朝向線圈背軛115在放射方向上引出放射線時，放射線穿過有效線圈區(qū)域，但不穿過線圈端部區(qū)域。即，若從中心軸230觀察，則看到有效線圈區(qū)域與永久磁鐵200和線圈背軛115雙方重疊，看到線圈端部區(qū)域與永久磁鐵200和線圈背軛115均不重疊。在電磁線圈100A、100B的內周側(永久磁鐵200側)設置有圓筒形的管部件270。在無鐵芯馬達10中，電流流過電磁線圈IOOA、100B，使用由電磁線圈IOOA、100B的電流和永久磁鐵200的磁通的相互作用而產生的洛倫茲力，使具有永久磁鐵200的轉子20旋轉。此·時，使轉子20旋轉的力的反作用作用于電磁線圈100AU00B。受該反作用，電磁線圈100A、100B在與旋轉方向相反的方向，因線圈背軛115而失去逃逸空間，成為向轉子20的永久磁鐵200側突出的力。結果，存在電磁線圈100A、100B向永久磁鐵200側突出的可能性。為了抑制這樣的電磁線圈100AU00B向永久磁鐵200側突出而配置有管部件270。如后所述，管部件270由碳纖維強化塑料形成。碳纖維強化塑料是對捆扎碳纖維而形成的碳纖維束進行編織形成的導電性材料，熱傳導率也較好。在定子15上且在電磁線圈100A、100B的各相上還各配置有一個作為檢測轉子20的相位的位置傳感器的磁傳感器300。如上所述，磁傳感器300被配置在磁鐵側軛215偵牝而沒有被配置在磁鐵側軛216側。此外,在圖I (A)中，僅顯不有一方相的磁傳感器300。磁傳感器300被固定在電路基板310上，電路基板310被固定在外殼110上。這里，可以將磁傳感器300配置在使垂線從線圈端部區(qū)域下垂至中心軸230時的垂線上。一般而言，磁傳感器300在磁通密度的方向的靈敏度特性上具有各向異性。若將磁傳感器300配置在使垂線從線圈端部區(qū)域下垂至中心軸230時的垂線上的位置，則即便從電磁線圈100射出的磁通的強度因流過電磁線圈100的電流的增減而變化，磁傳感器300的輸出信號也因磁傳感器300的靈敏度的各向異性，而不易受電流的增減所引起的磁通的變化的影響。圖2是表示沿圓筒面展開線圈背軛115和電磁線圈100A、100B，從線圈背軛115側觀察時的狀態(tài)的說明圖。電磁線圈100A、100B分別被卷繞成圓角長方形形狀。同相的電磁線圈彼此，例如電磁線圈100A和100A、或電磁線圈100B和100B不重疊，但異相的電磁線圈彼此，例如電磁線圈100A和100B部分重疊。而且，在電磁線圈100A的有效線圈區(qū)域的2個導體束之間收納了 2個電磁線圈100B的有效線圈區(qū)域的導體束。同樣，在電磁線圈100B的有效線圈區(qū)域的2個導體束之間收納了 2個電磁線圈100A的有效線圈區(qū)域的導體束。另外，電磁線圈100B的線圈端部區(qū)域從圓筒面向外側(圖2的近前方向)彎曲(參照圖I (A)),不會碰上電磁線圈100A的線圈端部區(qū)域。這樣，通過使電磁線圈100B的線圈端部區(qū)域向外側彎曲，能夠將電磁線圈100A和100B配置于相同的圓筒面上且以相互不干擾的方式配置。在本實施例中，在電磁線圈100AU00B的導體束的粗細Φ1和有效線圈區(qū)域中的線圈束的間隔L2之間具有L2 ^ 2X Φ1的關系。S卩，由于配置電磁線圈100A、100B的圓筒面幾乎被電磁線圈100A、100B的導體束占有，所以能夠提高電磁線圈的占空系數(shù)，能夠提高無鐵芯馬達10 (圖I)的效率。此外，在圖2中，為便于圖示，在相鄰的電磁線圈彼此之間畫有縫隙，若為L2 2X Φ I的關系，則該縫隙幾乎為零。此外，能夠交換電磁線圈100A、IOOB0在本實施例中，雖電磁線圈IOOB的線圈端部區(qū)域從圓筒面向外側彎曲,但也可以不彎曲電磁線圈IOOB的線圈端部區(qū)域，而使電磁線圈100A的線圈端部區(qū)域向外側彎曲。而且，彎曲線圈端部區(qū)域的方向也可以不是從圓筒面向外側方向，而是向內側方向。而且，還可以使一方的電磁線圈100A的線圈端部區(qū)域向圓筒面的外側方向彎曲，使另一方的電磁線圈100B的線圈端部區(qū)域向圓筒面的內側方向彎曲。圖3是表示碳纖維織物的制造工序的說明圖。首先，在工序(A)中，準備碳纖維271，對碳纖維271進行捆扎來制造細長的碳纖維束272。此時，優(yōu)選利用樹脂以碳纖維271不能散開的程度固定碳纖維271的束(碳纖維束272)。接下來，在工序(B)中，將碳纖維束272編織成方格花紋來制造碳纖維織物273。這里，根據(jù)編織時的碳纖維束272的碳纖維
271的朝向，將碳纖維束272區(qū)分成碳纖維束272A、272B。圖3示出將碳纖維束272編織成方格花紋的樣子。圖4是表示利用碳纖維織物來制造管部件的工序的說明圖。在工序(C)中，準備分離內框模型500，在分離內框模型500的外周涂覆剝離劑，卷繞被模具用樹脂浸泡過的碳纖維織物273。在本實施例中，能夠將分離內框模型500分割成4個，將分離內框模型500合為一體后的形狀是圓筒形。而且，分離內框模型500的內部是空洞。碳纖維織物273的卷繞方向是與碳纖維織物273的碳纖維271B (圖3)平行的方向。在工序(D)中，熱固化模具用樹脂。在工序(E)中，逐個取下分離內框模型500。在接下來的工序(F)中，在碳纖維織物273的外周部例如涂覆非導電性涂料來形成非導電性層275。由于碳纖維織物273具有導電性，所以若電磁線圈100A、100B受洛倫茲力的反作用而推壓管部件270而破壞樹脂，則存在短路的可能性。非導電性層275使該短路很難發(fā)生。也可以沒有該非導電性層275。根據(jù)以上工序，形成利用碳纖維強化塑料(CFRP)形成的管部件270。而且，能夠使利用碳纖維織物273成型的管部件270的厚度為20um IOOum左右。另一方面，轉子20和電磁線圈10(^、10( 之間的縫隙是200 30011111，能夠充分在轉子20和電磁線圈100AU00B之間的縫隙中設置管部件270。圖5是表示渦流損耗的測定方法的一個例子的說明圖。在步驟I中，首先測定標準馬達1010的損耗特性。在標準馬達1010的中心軸1230上安裝用于連接被測定馬達10的聯(lián)軸器1500。在該狀態(tài)下，使標準馬達1010以預先規(guī)定的轉速N旋轉，測定施加在標準馬達1010上的電壓El和電流II。此時的旋轉狀態(tài)是所謂的無負荷旋轉狀態(tài)。此時的標準馬達1010的第I總損耗Plall是El X II。而且，第I總損耗Plall是機械損耗PlmJH損耗Plcu和鐵損耗Plfe的和。這里，若將標準馬達1010的電磁線圈的電阻設為R1，則以Il2XRl表示銅損耗Plcu。在步驟2中，僅將被測定馬達10的轉子20連接在標準馬達1010上，使標準馬達1010以與步驟I相同的轉速N旋轉，測定施加在標準馬達1010上的電壓E2和電流12。此時的第2總損耗P2all是E2XI2。而且，該第2總損耗P2all是被測定馬達10的機械損耗P2m與第I總損耗Plall相加后的損耗。即、第2總損耗P2all和第I總損耗Plall的差(P2all - Plall)是被測定馬達10的機械損耗P2m。在步驟3中，在被測定馬達10的轉子20上添加管部件270，使其以與步驟1、2相同的轉速N旋轉，測定施加在標準馬達1010上的電壓E3和電流13。此時的標準馬達1010的總損耗P3all是E3XI3。而且，總損耗P3all是由在管部件270中產生的渦流引起的渦流損耗Peddy和在步驟2中測定出的總損耗P2all相加后的損耗。這里，渦流是使金屬板(鋁制等)等導體在強磁場內移動，或使導體附近的磁場急劇變化時，因電磁感應效應而在導體內產生的渦狀電流。能夠以(P3all - P2all)計算被測定馬達10的渦流損耗Peddy。圖6是對由碳纖維強化塑料形成管部件270時的渦流損耗和由鋁形成管部件270時的渦流損耗進行比較的說明圖。在本實施例中，若轉子20旋轉，則由于永久磁鐵200也旋轉，所以因該永久磁鐵200的旋轉(移動)，在處于其外側的管部件270中產生渦流。由于碳纖維強化塑料具有導電性，所以認為即便以碳纖維強化塑料形成管部件270，與以金屬形成管部件270相比，渦流也不會變得太小。但使用碳纖維強化塑料制造管部件270，測定渦流損耗時，如圖6所示，以碳纖維強化塑料形成管部件270與以鋁形成管部 件270相比，得到渦流損耗極小的結果(約I / 20 約I / 2000)。圖7是對以碳纖維強化塑料形成管部件時的渦流較少的理由進行說明的說明圖。在本實施例中，將碳纖維束272A和碳纖維束272B編織成方格花紋來形成管部件270。這里，碳纖維束272A的碳纖維27IA的方向是與中心軸230(圖I)平行的方向，碳纖維束272B的碳纖維271B的方向是沿中心軸230 (圖I)的圓周的方向。渦流以閉合路徑描繪近似圓形的方式在管部件270的圓筒面的表面上流動。首先考慮在碳纖維束272A中流動的渦流。由于渦流以閉合路徑描繪近似圓形的方式流動，所以相對于碳纖維271A的朝向，向各個方向流動。這里，考慮在沿碳纖維271A的方向和與碳纖維27IA正交的方向上電流流動的情況。電流在沿碳纖維27IA的方向上流動的情況下，只要使電子在相同的碳纖維271A上移動即可。因此，電流在沿碳纖維271A的方向上比較容易流動。另一方面，電流在與碳纖維271A正交的方向上流動的情況下，需要電子經由使電流難以流動的樹脂向相鄰的碳纖維271A移動。因此，在與碳纖維271A正交的方向上電流難以流動。如上所述，渦流以描繪近似圓形的閉合路徑流動，在閉合路徑上包括沿碳纖維271A方向電流流動的部分和在與碳纖維271A正交的方向上電流流動的部分。這里，如上所述，電流難以流過在與碳纖維271A正交的方向上電流流過的部分，成為所謂的限速(瓶頸)。在碳纖維束272B中流過的渦流也一樣，在與碳纖維271B正交的方向上電流流動的部分是所謂的限速(瓶頸)。另外，對于橫跨碳纖維束272A和272B的渦流而言，由于在碳纖維束272A的碳纖維271A和碳纖維束272B的碳纖維271B之間存在樹脂，所以難以發(fā)生碳纖維271A和碳纖維271B之間的電子的移動。因此，橫跨碳纖維束272A和272B的渦流也難以流動，成為所謂的限速(瓶頸)。根據(jù)以上所述，由于在由碳纖維強化塑料形成的管部件270的閉合路徑上的某處存在電流難以流過的限速部分(瓶頸)，所以渦流難以流動。因此，通過使用碳纖維強化塑料來作為管部件270的材料，能夠減少渦流損耗，且提高無鐵芯馬達10的效率。圖8是表示使碳纖維織物273的卷繞方向旋轉45度的變形例的說明圖。在該變形例中，使用以長方形的各邊和碳纖維的朝向成45°的方式將圖3的碳纖維織物273切割成長方形形狀后的碳纖維織物273。即便像這樣構成碳纖維的朝向，渦流也幾乎不變。如上所述，以閉合路徑描繪近似圓形的方式在管部件270的圓筒面的表面上流過。因此，無論使碳纖維271的朝向朝向哪里，在渦流的閉合路徑上均包含電流的朝向沿碳纖維271的方向和與碳纖維271正交的方向。而且，由于電流的朝向與碳纖維271正交的方向的部分成為瓶頸，所以無論使碳纖維271的朝向朝向哪里，渦流的大小幾乎沒有差別。而且，旋轉方向的力并不作用于管部件270，所以不太要求強度。碳纖維271a和卷繞方向的角度可以是圖4所示的90°或圖8所示的45°以外的角度。此外，從降低渦流損耗來看，也可以僅以一個方向的碳纖維束272來形成碳纖維織物273，但該情況下，存在管部件270在與碳纖維271的方向平行的方向上裂開的可能性，所以優(yōu)選編織2個以上的方向的碳纖維束272。而且，也可以像鐵絲編織(也稱“蜂窩狀編織”。)或大麻葉形編織碳纖維束272那樣，編織以相互大約60度(約120度)的角度交叉的3個方向的碳纖維束272來形成碳纖維織物273。由于三角形的形狀簡單且為在力學上較強的形狀，所以優(yōu)選三角形。以下，對無鐵芯馬達10的帶線圈背軛的電磁線圈組件104的制造進行說明。這里，將用樹脂130固定2個電磁線圈100AU00B、線圈背軛115、管部件270而成的部件稱作帶線圈背軛的電磁線圈組件104。帶線圈背軛的電磁線圈組件104具備多個線圈組件。首 先，對制造電磁線圈子組件150的工序進行說明，接下來，對利用電磁線圈子組件150制造帶線圈背軛的電磁線圈組件104的工序進行說明。線圈組件的制造工序圖9A是對電磁線圈100A的成型工序進行說明的說明圖。將形成電磁線圈100A的帶有絕緣膜的導體卷繞成圓角長方形形狀，并加壓，成型為具有圓筒區(qū)域的一部的形狀的形狀。此時，以導體的絕緣膜的厚度成為加壓前的30% 100%之間或20% 100%之間的方式，對在圓筒區(qū)域的放射方向上被卷繞成圓角長方形形狀的電磁線圈100A進行加壓。此外，若絕緣膜的厚度變薄，則導體間的耐壓下降，但由于同一電磁線圈內的導體的電位為相同的電位，所以即便導體間的耐壓降低，也具有足夠的耐壓，不存在同一電磁線圈內的導體間的電流漏電的問題。圖9B是對電磁線圈100B的成型工序進行說明的說明圖。電磁線圈100B的成型工序與電磁線圈100A的成型工序相同。但在電磁線圈100B的成型中，在使線圈端部區(qū)域100BCE從圓筒面向外側彎曲這一點與電磁線圈100A的成型不同，但其他相同。而且，在使線圈端部區(qū)域100BCE從圓筒面向外側彎曲前的電磁線圈100B的形狀與電磁線圈100A的形狀相同。圖IOA是表示電磁線圈100A的絕緣膜層形成工序的說明圖。圖IOB是表示電磁線圈100B的絕緣膜層形成工序的說明圖。如上所述，由于在電磁線圈100A內或在電磁線圈100B內，電位分別相同，所以即便導體的絕緣膜的厚度變薄，導體間的耐壓下降，也不存在同一電磁線圈內的導體間的電流漏電的問題。但在安裝于無鐵芯馬達10時，由于電磁線圈100A和100B接觸，所以考慮電磁線圈100AU00B和線圈背軛115之間的共用裝置的耐高壓(I. 5kV以上)特性，優(yōu)選提高電磁線圈100AU00B間的耐壓。在本實施例中，在電磁線圈100AU00B的整個區(qū)域形成絕緣薄膜層101，由此確保耐壓。作為絕緣薄膜層101的材料，例如能夠使用含有氧化鈦的硅烷偶聯(lián)劑材料、聚對二甲苯、環(huán)氧樹脂、硅膠、聚氨酯。圖11是表示電磁線圈100A和100B的組裝工序的說明圖。而且，在圖11中，省略絕緣薄膜層101 (圖10A、圖10B)的記載。通過以從配置電磁線圈100A的圓筒區(qū)域的放射方向外周側在電磁線圈IOOA的中央部的2個有效線圈區(qū)域之間嵌入電磁線圈100B的有效線圈區(qū)域的方式嵌入電磁線圈100B,從而形成電磁線圈子組件150 (線圈子集合體)。電磁線圈子組件150形成電磁線圈100所形成的圓筒面的一部分。而且，電磁線圈100B的線圈端部區(qū)域100BCE在靠近圓筒區(qū)域的底面的部分，向配置電磁線圈100B的圓筒區(qū)域的放射方向外周側彎曲。而且，電磁線圈100A的線圈端部區(qū)域100ACE的一部分和電磁線圈100B的線圈端部區(qū)域100BCE的一部分重疊。帶線圈背軛的電磁線圈組件的制造圖12是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其一)。在圖12 (A)所不的工序中，準備具有頂箱桿411的基臺400?；_400具有近似圓盤形狀。頂箱桿411是近似圓柱形的部件，配置在基臺400的中央?；_400和頂箱桿411可以形成為一體。在圖12 (B)所示的工序中，將3個內模具420配置在頂箱桿411的外周部。3個內模具420形成近似圓筒形狀。內模具420的內周/ (內周的曲率半徑)<外周/ (外周的 曲率半徑)。因此，若將內模具420配置在頂箱桿411的外周部，則在2個內模具420的接合部分形成楔形的空間422。該楔形的空間422在抽出頂箱桿411后，容易使內模具420向中心方向移動而脫落。此外，在本實施例中，為將內模具420分割為3個的構成，也可以為分割為2個的構成、分割為4個的構成等分割為3個以外的構成。在圖12 (C)所示的工序中，在內模具420的外周配置管部件270。此時，可以在內模具420的外周表面涂覆剝離劑。這樣，在后面的工序中，容易取下內模具420。圖13是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其二)。在圖13 (A)所示的工序中，在管部件270的外側配置電磁線圈子組件150。在本實施例中，以3個電磁線圈子組件150形成近似圓筒形狀。在圖13 (B)所示的工序中，在電磁線圈100AU00B的有效線圈區(qū)域的外側配置線圈背軛115。在本實施例中，線圈背軛115為分割成3個的構成。而且，該分割構成數(shù)為2個以上即可。圖14是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其三)。在圖14所示的工序中，在線圈背軛115的外側配置外模具430。外模具430具備樹脂注入口 431和空氣排出口 432。而且，在圖14中，在上面所示的俯視圖中，省略空氣排出口 432的圖示。圖15是表示電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其四)。在圖15 (A)所示的工序中，從高溫的模具的樹脂注入口 431注入高溫的樹脂130，其后，針對成型模使用真空泵進行脫泡處理。樹脂130凝結后，取下外模具430。圖15(B)表示取下了外模具430的狀態(tài)。接下來從圖15 (B)所示的狀態(tài)取下基臺400和頂箱桿411。圖16是表不電磁線圈組件的形成工序的一部分的說明圖(其五)。圖16 (A)表不取下了基臺400和頂箱桿411的狀態(tài)。從圖16 (A)所示的狀態(tài)，使3個內模具420分別向存在過頂箱桿411的方向移動后摘除，由此形成電磁線圈組件103。圖16 (B)表示取下了內模具420的狀態(tài)。如上所述，通過圖12 圖16所示的工序，能夠通過電磁線圈子組件150形成帶線圈背軛的電磁線圈組件104。像現(xiàn)有技術那樣，在利用鋁、不銹鋼等金屬形成管部件270的情況下，由于管部件270的材料具有導電性，在管部件270中產生渦流損耗，所以不能夠提高無鐵芯馬達10的效率。而且，由于碳纖維強化塑料與金屬同樣具有導電性，所以認為不能夠降低管部件270的渦流損耗，沒有替換金屬使用碳纖維強化塑料作為管部件270的材料的想法。本申請申請人使用碳纖維強化塑料制造管部件270，測定其特性的結果，初次發(fā)現(xiàn)能夠大幅降低渦流損耗。即、通過使用碳纖維強化塑料來形成管部件270，能夠降低渦流損耗，提高無鐵芯馬達10的效率。圖17是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達/發(fā)電機的作為移動體的一個例子的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。該自行車3300在前輪設置馬達3310，在車座的下方的框架上設置控制電路3320和充電電池3330。馬達3310利用來自充電電池3330的電力驅動前輪，而助力行駛。而且，在剎車時在馬達3310中再生的電力被充電至充電池3330。控制電路3320是控制馬達的驅動和再生的電路。作為該馬達3310，能夠利用上述的各種無鐵芯馬達10。
圖18是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的機器人的一個例子的說明圖。該機器人3400具有第I和第2臂3410、3420、馬達3430。在使作為被驅動部件的第2臂3420水平旋轉時使用該馬達3430。作為該馬達3430，能夠利用上述的各種無鐵芯馬達10。圖19是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的雙臂7軸機器人的一個例子的說明圖。雙臂7軸機器人3450具備關節(jié)馬達3460、把持部馬達3470、臂3480和把持部3490。關節(jié)馬達3460被配置在與肩關節(jié)、肘關節(jié)、手臂關節(jié)相當?shù)奈恢谩ｊP節(jié)馬達3460為了使臂3480和把持部3490三維動作，在各關節(jié)處各設置2個馬達。另外，把持部馬達3470開閉把持部3590，使把持部3490抓握物體。在雙臂7軸機器人3450中，作為關節(jié)馬達3460或把持部馬達3470，能夠利用上述的各種無鐵芯馬達。圖20是表示利用了本發(fā)明的變形例的馬達的鐵道車輛的說明圖。該鐵道車輛3500具有電動馬達3510和車輪3520。該電動馬達3510驅動車輪3520。并且，鐵道車輛3500制動時作為發(fā)電機利用電動馬達3510，再生電力。作為該電動馬達3510，能夠利用上述的各種無鐵芯馬達10。以上，基于幾個實施例對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但上述的發(fā)明的實施方式是為了容易理解本發(fā)明，不對本發(fā)明進行限定。當然不脫離本發(fā)明的主旨以及技術方案的范圍，能夠對本發(fā)明進行變更、改進，且本發(fā)明包含其等價物。符號說明10…無鐵芯馬達；15…定子;20…轉子;100、100A、100B…電磁線圈;100BCE…線圈端部區(qū)域；100ACE…線圈端部區(qū)域；101…絕緣薄膜層；103…電磁線圈組件；104…帶線圈背軛的電磁線圈組件;110…外殼;110a…圓筒形部分;110b…板狀部分;110c…螺孔；115…線圈背軛；130…樹脂；150…電磁線圈子組件；200…永久磁鐵；215、216…磁鐵側軛；230…中心軸；236…磁鐵背軛；239…貫通孔；260…波形彈簧墊圈；270…管部件；271、271A、271B…碳纖維；272、272A、272B…碳纖維束；273…碳纖維織物；275…非導電性層；300…磁傳感器；310…電路基板;400…基臺;411…桿；420···內模具；422…空間；430…外模具；431…樹脂注入口 ；432··· 口 ；500…分離內框模型;1010…標準馬達;1230…中心軸；1500…聯(lián)軸器；2015…轉子;3300…自行車;3310…馬達；3320…控制電路；3330…充電電池；3400…機器人；3410、3420…臂;3430…馬達;3450…雙臂7軸機器人；3460…關節(jié)馬達；3470…把持部馬達；3480…臂；3490…把持部；3500…鐵道車輛;3510···電動馬達；3520…車輪；3590…把持部；Plall、P2all、P3all…總損耗；Plcu…銅損耗；Plfe…鐵損耗；Peddy…潤流損耗；E1、E2、E3…電壓；11、12、13···電流；Plm, P2m…機械損耗；
權利要求
1.一種電動機械裝置，其特征在于，具備 轉子，其具有中心軸和配置在沿所述中心軸的外周的圓筒面上的永久磁鐵； 定子，其具有配置在沿所述永久磁鐵的外周的圓筒面上的空芯的電磁線圈以及配置在所述永久磁鐵和所述電磁線圈之間的圓筒形的管部件， 所述管部件由碳纖維強化塑料形成， 編織對碳纖維進行捆扎而形成的碳纖維束來形成所述碳纖維強化塑料。
2.根據(jù)權利要求I所述的電動機械裝置，其特征在于， 編織至少2個方向的碳纖維束來形成所述管部件。
3.根據(jù)權利要求I或者2所述的電動機械裝置，其特征在于， 所述管部件在所述電磁線圈側的表面具有非導電性層。
4.一種機器人,其特征在于， 具備權利要求I 3中任意一項所述的電動機械裝置。
5.—種移動體,其特征在于， 具備權利要求I 3中任意一項所述的電動機械裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動機械裝置、機器人以及移動體，該電動機械裝置具備轉子，其具有中心軸和配置在沿上述中心軸的外周的圓筒面上的永久磁鐵；定子，其具有配置在沿上述永久磁鐵的外周的圓筒面上的空芯的電磁線圈以及配置在上述永久磁鐵和上述電磁線圈之間的圓筒形的管部件，上述管部件由碳纖維強化塑料形成，編織對碳纖維捆扎而形成的碳纖維束來形成上述碳纖維強化塑料。
文檔編號D04C1/04GK102891576SQ201210247340
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者竹內啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社