(57)【要約】      （修正有）【課題】アキシャルギャプ型コアレス誘導機コイルの量産化と効率向上を実現し、動力の省エネルギーに貢献するコアレスコイルを提供する。【解決手段】素線４を、誘導機磁性体ピッチで配置されている複数の磁性体３上をギャプを保ちながら蛇行させ、全磁性体３を通過したその素線４に平行密着しながら複数回周回しコイル化して固定板２と一体化されて、１相コアレスコイルとしている。【選択図】図１
2020048304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線を、誘導機磁性体ピッチで配置されている複数の磁性体Ｎ,Ｓ上をギャプを保ちながら蛇行させ、全磁性体を通過したその素線に平行密着しながら複数回周回しコイル化して固定板と一体化されたコアレスコイル。
【請求項２】
前記素線は平角エナメル線、またはエナメル線の編線であることを特徴とする請求項１記載のコアレスコイル。
【請求項３】
請求項１または２記載の１相コアレスコイルを相間ピッチに合わせて複数枚固定し、重ね合わせて多相誘導機アキシャルギァプ型コアレスコイルとすることを特徴とするコアレスコイル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のコアレスコイルを用いたことを特徴とする回転機。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレスコイル並びにそれを用いた回転機に関する。さらに詳述すると、本発明は、固定板の上で素線を巻回して構成されるコアレスコイル並びにそれを用いた回転機（モータのみならず発電機を含む）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばアキシャルギャプ型コアレス誘導機コイルにおいては、単線又はリッツ線を磁性体Ｎ、Ｓ間にギャプを保ちながら複数回周回し、基本的には三角形状の単コイルを複数成形し、この複数の単コイルをディスク上で接続して整形集合体コイルとするものが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５５６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のコアレスコイルの構造では、三角形状の単コイルを複数接続してディスク上に搭載することから、複雑で精密な製造技術が求められる。その為コイルの量産にはコスト高となり、効率も鉄損が無くも８０％前後と悪く、薄型軽量の利点を持つが普及に至っていない。
【０００５】
本発明は、製造が容易で製造コストを低減できるコアレスコイルを提供することを目的とする。換言すれば、本発明は、アキシャルギャプ型コアレス誘導機コイルの量産化と効率向上を実現し、動力の省エネルギーに貢献するコアレスコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために請求項１記載のコアレスコイルは、素線を、誘導機磁性体ピッチで配置されている複数の磁性体Ｎ,Ｓ上をギャプを保ちながら蛇行させ、全磁性体を通過したその素線に平行密着しながら複数回周回しコイル化して固定板と一体化された１相コアレスコイルとするようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載のコアレスコイルでは、素線を蛇行させて周回させることによりコイルを形成するので、製造が容易であると共にコスト低減が可能となる。しかも、蛇行コイルと固定板とが一体化したディスク形の１相コアレスコイルとすることができるので、複数組み合わせることで多相化例えば３相回転機なども簡単に製造することができる。しかも、
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のコアレスコイルを１相コアレスコイルとしての一実施形態を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】接続部を備える１相コアレスコイルの一実施形態を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】α巻二重コイル構造の一実施形態を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】本発明のコアレスコイルを多相誘導機アキシャルギァプ型コアレスコイルに適用した実施形態の一例を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図５】素線に用いる編線の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１に、本発明のコアレスコイルの実施形態の一例を示す。このコアレスコイルは、平角エナメル線、あるいはエナメル線を編組した編線（以下、単に編線と呼ぶ）を素線４として使用したものであり、固定板２の上に素線４を蛇行させて周回させることにより１相のコアレスコイル１を巻回するものであり、固定板２に固定されて一体化されたものである。尚、図中の符号３は環状磁石、５は素線コイル巻始、６は素線コイル巻終、７は接続部、８は磁石センター（環状磁石の中央ライン）、９はコアレスコイルのモータ-ケースへの固定部である。また、符号１０、１１及び１２は各々独立した１相コアレスコイルであり、それぞれ三相回転機のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルとして機能するものである。
【００１１】
（１）素線４は、誘導機磁性体ピッチで配置されている複数の磁性体（所謂永久磁石）３上を、ギャプを保ちながら蛇行し、全磁性体３を通過したその素線４に平行密着しながら複数回周回しコイル化される（図１参照）。このコアレスコイル１は固定板２と一体化され、単独であるいは複数枚の１相コアレスコイル１を組み合わせることによって、回転機用コイルを構成する。尚、素線４を蛇行させてコイル１に成形するときには、特に編線を利用した場合には、その可撓性を生かして所望の形状に容易に成形できると共に隙間無く密に巻回することが容易であり、集積効果を高められる。
【００１２】
（２）ここで、素線４として平角エナメル線を用いる場合には、素線厚みＨに対する素線幅Ｇの関係が１：１〜１：２０以内の範囲として、素線厚みＨは０．５ｍｍ以内とすることが好ましい。また、素線４として編線を用いる場合には、素線厚みＨに対する素線幅Ｇの関係が１：１〜１：１６以内の範囲として、素線厚みＨは２ｍｍ以内とすることが好ましい。これら素線厚みＨに対する素線幅Ｇの関係は、本発明者等の実験より、渦電流減少効果に依る９０％以上の効率向上が見られることが確認された。
【００１３】
（３）１相コアレスコイル１のピッチＡは、例えばアキシャルギャプ型磁石センター８の直径を基本とすれば、３６０°／磁石数＝Ａとなり、コイル幅Ｂは磁石センター８の直径×３．１４／磁石数／相数×２＝Ｂ以内とすることが好ましい（図１参照）。
【００１４】
（４）素線（平角エナメル（絶縁）銅線、又は編銅線）４の配置は、例えば図１（Ｂ）に示すように、厚み面（Ｈ）が磁束と直角に面し、巾面（Ｇ）は磁束と平行となる１相コアレスコイル構造であることが好ましい。この種のコイルは素線のエッジ側が磁石と対向することが望ましい。そこで、平編組線の長辺側の面（幅Ｇの面）を重ねるように、蛇行させることによってコイルが成型される。例えば平角線状の素線４の場合、エッジ即ち短辺となる面が磁石と対向するように（換言すれば、素線４の長辺側の面がロータ軸と平行になるように）配置される。この場合、渦電流減少効果に依る９０％以上の効率向上が期待できる。
【００１５】
（５）１相コアレスコイルは、図２に示すように、素線（平角エナメル（絶縁）銅線、又は編銅線）４には、全磁性体を１周した箇所に接続部７を設けることが好ましい。
【００１６】
（６）また、図３に素線巻始５と素線巻終６とがコイルの外周になるダブル巻コイル（α巻あるいはダブルパンケーキとも呼ばれる）の例を示す。図３に示すように、図１あるいは図２に示す１相コアレスコイル１を、即ち上述の（２），（３），（４）のコイルを重ねて裏面素線コイル巻始５’と表面素線コイル巻始６とを接続し、α巻二重コイル構造とすることも可能である。２つのコイルを連続的に成型したものであり、導体を表裏あるいは上下２層に巻線したコイル要素である。
【００１７】
（７）１相コアレスコイル巻始５、巻終６及び接続部７は１相コアレスコイル外周又は内周部に位置できる。また、コアレスコイル１の多数ある折り返し部のうちの１つ、例えば素線巻始５と素線巻終６及び場合によっては接続部７が設けられた折り返し部９は、図示していないモータケースに固定させるため、固定板２の外周よりも径方向に外側に突出している。
【００１８】
（８）  以上のように構成された固定板２と一体化された１相コアレスコイル１は、例えば永久磁石形回転電気に用いられるアキシャルギャップ型あるいはラジアルギャップ型の回転機用コイルとすることができる。例えば、本実施形態の１相コアレスコイルは、固定板２とコアレスコイル１とが一体化された１枚のディスク状の１相コアレスコイル（１相分のコイルが搭載されたディクス）として構成されるので、相間ピッチ（Ｊ）に合わせて複数枚固定し重ね合わせて多相誘導機アキシャルギァプ型蛇行型コアレスコイルとすることもできる（図４参照）。即ち、Ｕ相コイル１０，Ｖ相コイル１１及びＷ相コイル１２の各コイルを機械角で４０°（電気角で１２０°）置きに順繰りに周方向に環状配置する。
【００１９】
（９）当然、単相アキシャルギァプ型１相コアレスコイルとしても機能する。
【００２０】
（１０）図には示してないが、シリンダー型コアレスコイル誘導機に置いても、コアレスコイルとギャプを保ち外周、内周に磁性体３が配置されている構造から、アキシャルギャプ型磁石センター８の直径をコアレスコイルセンターの直径に置き換えると、１相コアレスコイルとして適応される。
【００２１】
（１１）固定板２と１相のコアレスコイル１とは固定されている。つまり、１つの固定板２に１相のコアレスコイル１を固定している。例えば、予め固定板２の表面にコイル１を収容する凹部を設けておいて、コイル１を収容してから樹脂を流し込んで一体化したり、あるいは型内に配置したコイル１の周りに樹脂を流し込んで成形することで一体化しても良い。本実施形態の場合、コイル１と固定板２とは面一のディスク状に成形されているが、これに特に限られものではなく、場合によっては固定板２の表面にコイル１を貼り付けるようにしても良い。尚、固定板２は、その形状に特に限定はなく、例えば円形でも多角形でも良い。      
【００２２】
（１２）編線は、例えば直径０．１〜０．５ｍｍのエナメル線を用いて構成される。例えば、図５に示すように、２〜８本を平行に１束として、樹脂又はその他の柔軟性パイプ（図示省略）を芯にして、２〜３６束を回転しながら交互に円形状に連続して編み込み（即ち、中空の丸編組線の作製）、その後芯を取り除き、その後平角に加工することにより得られたものの使用が好ましい。尚、編線は上述の直径範囲内で同じ直径のエナメル線を編組して得ることが効率的な製造を可能とするし、渦電流減少効果に依る９０％以上の効率向上が実現できる。
【００２３】
編線は、可撓性に優れ、コイルを作製する際に巻き易い。したがって、素線を蛇行させて周回させながらコイルを作製する際には、小さな曲率半径の半円状にも簡単に巻き付けることができるし、折り返し作業が容易になる。
【００２４】
しかも、平角線または角線に成形された編線は、各々絶縁された細いエナメル素線の束であるため、同じ導体断面積の平角線または角線に比べて、渦電流の発生が抑制され、それに伴う発熱も抑制される。同時に、平角線または角線であることにより面接触による放熱性の向上効果もあるため、電流をより多く流すことが可能になる。換言すれば、電気抵抗が小さくなるので、電流をより多く流すことが可能になり、回転機用コイルとしての効率が良くなる。
【００２５】
さらに、平角線または角線であるため、回転機用コイルにしたときの占積率が例えば２０％〜３０％アップすることから、同外寸の丸線から成るコイルの場合よりも抵抗値を低くくすることができると共に、巻数を増やすことも可能であり、単位断面積当たりのアンペアターンを高められる。同性能（抵抗値、巻数）のコイルの場合は、コイルの小型化の効果がある。
【００２６】
エナメル線は、絶縁性樹脂のワニスを導体に焼き付けたものであり、さまざまな絶縁性樹脂の使用が可能であり、例えばポリウレタン銅線（ＵＥＷ）、ポリエステル銅線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド銅線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド銅線（ＡＩＷ）、ポリイミド銅線（ＰＩＷ）などが一般的なものとして挙げられるが、これらに限られるものではない。ここで、エナメル線のなかでもポリウレタン銅線の使用が好ましい。このポリウレタン銅線の場合、一旦中空の丸編組線に編組してから中空部を圧縮し平らに成型した平編組線とする際に、エナメル線を編むときにかかるテンション（張力）とプレス時の圧力によってエナメル線が動いて線間隔が変動したり位置ずれを起こしたりするのを防いで、エナメル皮膜の剥がれを防いだり、配列の乱れを効果的に防ぐことができる。尚、エナメル線の素材は、一般的には銅線であるが、これに特に限られず、アルミ線、ＯＦＣ（無酸素銅線）、ニッケルメッキ軟銅線なども使用可能である。
【００２７】
エナメル線は、その断面形状が特定の形状であることを要求されず、丸線でも良いし、角線あるいは平角線でも良い。また、平編組線に加工する前の丸編組線の形状も、円筒に特に限られず、楕円筒であっても、多角形筒であっても良い。
【００２８】
固定板２としては、絶縁性を有しかつ少なくとも１００℃程度以上の温度に耐えられ、かつある程度の機械強度も得る素材、例えばＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）やベークライトなどを用いることが好ましい。
【００２９】
この固定板２の上に、コイルを同一平面上で蛇行させながら円周方向に磁束帯を交互に鎖交しながら少なくとも一周以上、実施形態では例えば５周程度、周回されている。例えば、図１のコイル１の場合、一対の磁石３の間の磁束領域を通過する直線的な磁束鎖交部の両端で磁束領域の外で半円状に折り返して磁束鎖交部の導体を繋ぐ半円部（渡り線部と呼ぶ）で構成されている。このとき、素線は磁束領域を外径側から内周側へ、さらに内周側から外周側へと交互に鎖交してから磁束領域の外で半円状に折り返すように曲げられて蛇行するように周方向に進み、１周した後は前回の素線の内側に密着するように同じく蛇行させながら周方向に周回し、さらに３周は２週目の内側を内側に密着するように同じく蛇行させながら周方向に周回するといった巻線工程を繰り返してコイルを作成する。
【００３０】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、一対の磁石間の界磁束が通過する磁束領域を通過する直線部（磁束鎖交部と呼ぶ）と、磁束領域の外で磁束鎖交部の導体を繋ぐ半円部（渡り線部と呼ぶ）とで構成されているが、これに特に限られるものではなく、例えば固定板の外に突出した固定部のような直線部を有する折り返し部・渡り線部としても良い。また、上述の実施形態では、コイル導体として素線をした例を挙げて説明したが、これに特に限られるものではなく、エッチングによって上述の蛇行形コイルパターンを形成するようにしても良い。この場合においても、コスト低減が図れることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３１】
１  １相コアレスコイル
２  固定板
３  磁石
４  素線
５  素線巻始
６  素線巻終
７  接続部
８  環状の磁石の中央線
９  コイルの固定部
１０  第１の相のコアレスコイル
１１  第２の相のコアレスコイル
１２  第３の相のコアレスコイル
【図１】
2020048304.tif 000003
【図２】
2020048304.tif 000004
【図３】
2020048304.tif 000005
【図４】
2020048304.tif 000006
【図５】
2020048304.tif 000007