(57)【要約】【課題】軽量化する。【解決手段】モータジェネレータ１は、ループ状のパターン３０が導体で形成されたシート状のコイルパターン層２２と、コイルパターン層２２よりも剛性が高い絶縁体で形成されたシート状の絶縁層２４と、可動体１０に対向して配置され、コイルパターン層２２と絶縁層２４とが交互に積層されてコイル３２が形成された筐体２０と、を備える。これにより、筐体２０は、モータジェネレータ１における固定子を兼ねる。【選択図】図１
2020092550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状のパターンが導体で形成されたシート状のコイルパターン層と、
前記コイルパターン層よりも剛性が高い絶縁体で形成されたシート状の絶縁層と、
可動体に対向して配置され、前記コイルパターン層と前記絶縁層とが交互に積層されてコイルが形成された筐体と、
を備えるモータジェネレータ。
【請求項２】
前記可動体は、外周面に磁石が設けられた円柱状に形成され、中心軸周りに回転可能に支持され、
前記筐体は、前記可動体を収容する円筒状に形成され、前記コイルパターン層および前記絶縁層が前記筐体の径方向に積層され、中心軸周りに前記コイルが複数形成される請求項１に記載のモータジェネレータ。
【請求項３】
前記可動体は、回転可能な回転軸と、前記回転軸から径方向に延びるブレードと、前記ブレードの先端に設けられる磁石と、を備え、
前記筐体は、前記可動体を収容する円筒状に形成され、前記コイルパターン層および前記絶縁層が前記筐体の径方向に積層され、中心軸周りに前記コイルが複数形成される請求項１に記載のモータジェネレータ。
【請求項４】
前記絶縁層の厚さは、前記コイルパターン層の厚さ以上である請求項１から３のいずれか１項に記載のモータジェネレータ。
【請求項５】
前記絶縁層は、繊維強化プラスチックで形成される請求項１から４のいずれか１項に記載のモータジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータジェネレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁性フレキシブルシートと、絶縁性フレキシブルシートに導体でパターンが形成された導電性フレキシブルシートとを交互に積層してコイル（フレキシブル積層コイル）を構成する技術がある（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７−１６１５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フレキシブル積層コイルを用いたモータジェネレータでは、フレキシブル積層コイルが柔軟なため、筐体の内面などにフレキシブル積層コイルが支持される。フレキシブル積層コイルを用いたモータジェネレータでは、フレキシブル積層コイルだけでなく、フレキシブル積層コイルを支持する筐体が必要であるため、軽量化できない。
【０００５】
そこで、本発明は、軽量化が可能なモータジェネレータ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】
上記課題を解決するために、本発明のモータジェネレータは、ループ状のパターンが導体で形成されたシート状のコイルパターン層と、コイルパターン層よりも剛性が高い絶縁体で形成されたシート状の絶縁層と、可動体に対向して配置され、コイルパターン層と絶縁層とが交互に積層されてコイルが形成された筐体と、を備える。
【０００７】
また、可動体は、外周面に磁石が設けられた円柱状に形成され、中心軸周りに回転可能に支持され、筐体は、可動体を収容する円筒状に形成され、コイルパターン層および絶縁層が筐体の径方向に積層され、中心軸周りにコイルが複数形成されてもよい。
【０００８】
また、可動体は、回転可能な回転軸と、回転軸から径方向に延びるブレードと、ブレードの先端に設けられる磁石と、を備え、筐体は、可動体を収容する円筒状に形成され、コイルパターン層および絶縁層が筐体の径方向に積層され、中心軸周りにコイルが複数形成されてもよい。
【０００９】
また、絶縁層の厚さは、コイルパターン層の厚さ以上であってもよい。
【００１０】
また、絶縁層は、繊維強化プラスチックで形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態によるモータジェネレータの構成を示す断面図である。
【図２】筐体を展開して示す概略斜視図である。
【図３】第２実施形態によるモータジェネレータの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるモータジェネレータ１の構成を示す断面図である。モータジェネレータ１は、例えば、ＤＣブラシレスモータであるが、その例に限らない。モータジェネレータ１は、可動体１０および筐体２０を含む。
【００１５】
可動体１０は、円柱状に形成される。可動体１０は、中心軸周りに回転可能に支持される。可動体１０の外周面には、複数の磁石（永久磁石）１２が設けられる。磁石１２は、中心軸周りに等間隔に４極配置される。また、磁石１２は、中心軸周りにＮ極およびＳ極が交互となるように配置される。可動体１０は、モータジェネレータ１における回転子として機能する。なお、可動体１０に配置される極数は４極に限らない。
【００１６】
筐体２０は、可動体１０を収容する円筒状に形成される。筐体２０の中心軸は可動体１０の中心軸に重なる。筐体２０の内周面は、可動体１０の磁石１２に対向する。筐体２０は、コイルパターン層２２および絶縁層２４を含む。
【００１７】
コイルパターン層２２は、フレキシブルなシート状に形成されている。コイルパターン層２２では、絶縁性シートに、導体でループ状のパターン３０が複数形成されている。図１では、コイルパターン層２２における導体のパターン３０をハッチングで示している。コイルパターン層２２における隣接するパターン３０間は、絶縁性シートを構成する絶縁体により絶縁される。
【００１８】
絶縁層２４は、シート状に形成されている。絶縁層２４の厚さは、コイルパターン層２２の厚さ以上である。絶縁層２４は、コイルパターン層２２よりも剛性が高い絶縁体で形成されている。絶縁層２４は、具体的には、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成される。繊維強化プラスチックは、例えば、炭素繊維を含むＣＦＲＰである。繊維強化プラスチックは、剛性が高いことに加え、鉄などと比べて比重が小さく軽い。
【００１９】
なお、繊維強化プラスチックは、ＣＦＲＰに限らず、ガラス繊維を含むＧＦＲＰなどであってもよい。また、絶縁層２４を形成する絶縁体は、繊維強化プラスチックに限らず、コイルパターン層２２よりも剛性が高いものであればよい。
【００２０】
コイルパターン層２２および絶縁層２４は、円筒状に形成されて筐体２０を構成する。コイルパターン層２２には、筐体２０の中心軸周りにパターン３０が複数（例えば、８個）形成される。なお、中心軸周りのパターン３０の数は、８個に限らない。
【００２１】
コイルパターン層２２および絶縁層２４は、積層方向が筐体２０の径方向となるように、交互に積層される。コイルパターン層２２および絶縁層２４は、コイルパターン層２２を積層方向に複数（例えば、４個）有するように積層される。なお、コイルパターン層２２の積層数は、４個に限らない。
【００２２】
また、コイルパターン層２２および絶縁層２４は、各コイルパターン層２２のパターン３０が積層方向で揃うように積層される。また、筐体２０の最内層および最外層は、絶縁層２４となっている。
【００２３】
絶縁層２４が繊維強化プラスチックで構成される場合、例えば、コイルパターン層２２および硬化前の絶縁層２４を円筒状に積層して配置した後に、絶縁層２４の樹脂を硬化させることで、筐体２０が成形される。また、絶縁層２４の樹脂を円筒状に硬化させた後に、硬化後の絶縁層２４にコイルパターン層２２を積層させることで、筐体２０が成形されてもよい。
【００２４】
コイルパターン層２２および絶縁層２４が積層されると、各コイルパターン層２２のパターン３０が積層される。筐体２０の径方向に積層された複数のパターン３０により、筐体２０には、コイル３２が形成される。コイル３２は、中心軸周りに等間隔に複数（例えば、８個）形成される。コイル３２は、モータジェネレータ１における固定子巻線として機能し、コイル３２を含む筐体２０は、固定子として機能する。
【００２５】
中心軸周りの各コイル３２に順に電力を供給すると、筐体２０には、中心軸周りに回転する回転磁界が形成される。このように形成される回転磁界が磁石１２を引き付けることで、可動体１０は、回転磁界に同期して回転する。
【００２６】
図２は、筐体２０を展開して示す概略斜視図である。図２では、図示を簡略して、８個のコイル３２のうち２個のコイル３２を示している。図２では、上側が筐体２０の外周面側であり、下側が筐体２０の内周面側である。
【００２７】
パターン３０は、具体的には、矩形の渦巻き状に形成される。パターン３０は、例えば、複数周（例えば、３周）巻回されている。なお、パターン３０の巻回数は、３周に限らない。また、パターン３０の巻回数は、複数周に限らず、１周であってもよい。
【００２８】
以後、パターン３０における最外周に位置する端部を、外周端３４と呼び、パターン３０における最内周に位置する端部を、内周端３６と呼ぶ。また、複数のパターン３０のうち最内層に位置するパターン３０を、第１パターン３０ａと呼ぶ。第１パターン３０ａに対して筐体２０の外周面側に隣接するパターン３０を、第２パターン３０ｂと呼ぶ。第２パターン３０ｂに対して筐体２０の外周面側に隣接するパターン３０を、第３パターン３０ｃと呼ぶ。第３パターン３０ｃに対して筐体２０の外周面側に隣接するパターン３０（複数のパターン３０のうち最外層に位置するパターン３０）を、第４パターン３０ｄと呼ぶ。
【００２９】
第１パターン３０ａは、外周端３４から内周端３６に向かって、筐体２０の外周面側（図２の上側）からみて反時計回りに巻回される。第１パターン３０ａの外周端３４は、引き出し線４０ａの一端に接続される。引き出し線４０ａの他端は、例えば、コイル３２に電力を供給する電力変換装置（インバータ）に接続される。
【００３０】
第１パターン３０ａと第２パターン３０ｂとの間の絶縁層２４には、絶縁層２４を貫通する貫通孔４２ａが形成される。貫通孔４２ａは、第１パターン３０ａの内周端３６と第２パターン３０ｂの内周端３６との間に位置する。貫通孔４２ａには、接続線４４ａが挿通される。接続線４４ａの一端は、第１パターン３０ａの内周端３６に接続され、接続線４４ａの他端は、第２パターン３０ｂの内周端３６に接続される。
【００３１】
第２パターン３０ｂは、内周端３６から外周端３４に向かって、筐体２０の外周面側からみて反時計回りに巻回される。
【００３２】
第２パターン３０ｂと第３パターン３０ｃとの間の絶縁層２４には、絶縁層２４を貫通する貫通孔４２ｂが形成される。貫通孔４２ｂは、第２パターン３０ｂの外周端３４と第３パターン３０ｃの外周端３４との間に位置する。貫通孔４２ｂには、接続線４４ｂが挿通される。接続線４４ｂの一端は、第２パターン３０ｂの外周端３４に接続され、接続線４４ｂの他端は、第３パターン３０ｃの外周端３４に接続される。
【００３３】
第３パターン３０ｃは、外周端３４から内周端３６に向かって、筐体２０の外周面側からみて反時計回りに巻回される。
【００３４】
第３パターン３０ｃと第４パターン３０ｄとの間の絶縁層２４には、絶縁層２４を貫通する貫通孔４２ｃが形成される。貫通孔４２ｃは、第３パターン３０ｃの内周端３６と第４パターン３０ｄの内周端３６との間に位置する。貫通孔４２ｃには、接続線４４ｃが挿通される。接続線４４ｃの一端は、第３パターン３０ｃの内周端３６に接続され、接続線４４ｃの他端は、第４パターン３０ｄの内周端３６に接続される。
【００３５】
第４パターン３０ｄは、内周端３６から外周端３４に向かって、筐体２０の外周面側からみて反時計回りに巻回される。第４パターン３０ｄの外周端３４は、引き出し線４０ｂの一端に接続される。引き出し線４０ｂの他端は、例えば、コイル３２に電力を供給する電力変換装置（インバータ）に接続される。
【００３６】
このように、第１パターン３０ａ、第２パターン３０ｂ、第３パターン３０ｃおよび第４パターン３０ｄは、筐体２０の外周面側からみた巻回方向を共通にしつつ、直列に接続される。これにより、第１パターン３０ａ、第２パターン３０ｂ、第３パターン３０ｃおよび第４パターン３０ｄは、コイル３２として機能する。
【００３７】
なお、各パターン３０の具体的な接続構成は、図２の例に限らない。また、複数のコイル３２のうち所定のコイル３２同士が接続されてもよい。
【００３８】
また、最内層のコイルパターン層２２から最外層のコイルパターン層２２に向かって、各コイルパターン層２２における中心軸周りのパターン３０の配置間隔を漸増させてもよい。これにより、コイル３２の径を積層方向で揃えることができる。
【００３９】
以上のように、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０にコイル３２が形成されており、筐体２０が固定子を兼ねている。したがって、第１実施形態のモータジェネレータ１によれば、固定子および筐体の両方を設ける態様に比べ、軽量化が可能となる。
【００４０】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０を構成する絶縁層２４の剛性がコイルパターン層２２よりも高い。これにより、筐体２０は、筐体２０全体として剛性が高くなっている。このため、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０を支持する外装を、コイル３２が形成される筐体２０の外側にさらに設ける必要性がなくなる。この点からも、第１実施形態のモータジェネレータ１によれば、軽量化が可能となる。
【００４１】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、絶縁層２４が繊維強化プラスチックで構成されている。このため、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０の剛性を十分に高くすることができる。また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０自体を軽くすることができ、より軽量化が可能となる。
【００４２】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０が固定子を兼ねているため、固定子および筐体の両方を設ける態様に比べ、小型化が可能となる。
【００４３】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０にコイル３２が形成されるため、コイル３２に電流が流れることで発生する熱を、外気により効率よく放熱させることができる。
【００４４】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１では、絶縁層２４の厚さがコイルパターン層２２の厚さ以上となっている。このため、第１実施形態のモータジェネレータ１では、筐体２０の剛性を十分に高くすることができる。
【００４５】
また、第１実施形態のモータジェネレータ１は、中心軸周りに可動体１０を回転させる構成となっていた。しかし、リニアモータのように、固定子として機能する筐体２０を平面状に延在させ、筐体２０に対向配置された可動体１０を筐体２０に沿って平行移動させる構成としてもよい。
【００４６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態によるモータジェネレータ１００の構成を示す断面図である。第２実施形態のモータジェネレータ１００は、可動体１０に代えて可動体１１０を有する点において第１実施形態のモータジェネレータ１と異なる。したがって、第１実施形態と機能が等しい筐体２０については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる可動体１１０について詳述する。
【００４７】
モータジェネレータ１００における筐体２０は、中心軸方向の両端が開口しており、内部に流体を流通可能なダクトとして機能する。
【００４８】
可動体１１０は、概ね星形状（スター状）に形成される。可動体１１０は、筐体２０内に収容される。可動体１１０は、回転軸１１２、ブレード１１４および磁石（永久磁石）１１６を含む。
【００４９】
回転軸１１２は、円柱形の棒状に形成される。回転軸１１２は、筐体２０の中心軸に配置され、中心軸方向に延在する。回転軸１１２は、中心軸周りに回転可能に支持される。
【００５０】
回転軸１１２には、回転軸１１２から径方向に延びるブレード１１４が複数（例えば、８個）設けられる。ブレード１１４は、中心軸周りに等間隔に設けられる。なお、ブレード１１４の数は、８個に限らない。ブレード１１４には、平面および曲面からなる翼面が形成される。翼面は、例えば、中心軸に垂直な面に対して傾斜している。
【００５１】
磁石１１６は、ブレード１１４の先端、すなわち、ブレード１１４における回転軸１１２とは反対側端に設けられる。磁石１１６は、筐体２０の内周面に対向する。磁石１１６は、筐体２０の内周面に対向する側の極が、１個のブレード１１４に対して１極（Ｎ極またはＳ極）となるように配置される。磁石１１６は、中心軸周りに隣り合うブレード１１４の磁石１１６の極が交互となるように配置される。
【００５２】
モータジェネレータ１００では、筐体２０のコイル３２に電流が流れて回転磁界が形成されると、回転磁界が磁石１１６を引き付けて、ブレード１１４および回転軸１１２が回転磁界に同期して回転する。そうすると、筐体２０内には、ブレード１１４の回転にしたがって、流体（例えば、空気）が流れる。
【００５３】
つまり、モータジェネレータ１００では、ブレード１１４を回転させる駆動源を回転軸１１２に設けることなく、ブレード１１４を回転させることができる。
【００５４】
以上のように、第２実施形態のモータジェネレータ１００では、第１実施形態と同様に、筐体２０にコイル３２が形成されており、筐体２０が固定子を兼ねる。したがって、第２実施形態のモータジェネレータ１００によれば、第１実施形態と同様に、軽量化が可能となる。
【００５５】
さらに、第２実施形態のモータジェネレータ１００では、回転軸１１２に駆動源を設ける態様に比べ、より軽量化が可能となる。
【００５６】
また、第２実施形態のモータジェネレータ１００では、コイル３２が形成される筐体２０内に流体が流れるため、コイル３２で発生する熱を、より効率よく放熱させることができる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５８】
例えば、上記各実施形態において、筐体２０のコイル３２内に磁性体からなるコアを配置してもよい。この場合、絶縁層２４およびコイルパターン層２２におけるコイル３２内の位置に空間を形成し、その空間にコアを収容してもよい。この態様によれば、回転磁界の強度を上げることができ、モータジェネレータ１、１００の出力を大きくすることが可能となる。
【００５９】
また、上記各実施形態のモータジェネレータ１、１００は、モータとして機能させるだけでなく、ジェネレータとして機能させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、モータジェネレータに利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１００  モータジェネレータ
１２、１１６  磁石
２０  筐体
２２  コイルパターン層
２４  絶縁層
３０  パターン
３２  コイル
１１２  回転軸
１１４  ブレード
【図１】
2020092550.tif 000003
【図２】
2020092550.tif 000004
【図３】
2020092550.tif 000005