(57)【要約】【課題】  コイルの巻線エリア空間における占積率を向上し、より多量の電流を流す。【解決手段】  コイル用線材の断面形状を矩形とする。前記矩形は、１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比を、コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じてシミュレーションすることにより設定する。更に、コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、面取り部が設けられた前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有している。【選択図】  図２０
2006099995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項２】
コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項３】
コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、前記コイル用線材の断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項４】
コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、前記コイル用線材の断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項５】
コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項６】
コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項７】
コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有することを特徴とするコイル用線材。
【請求項８】
コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有することを特徴とするコイル用線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コイルの巻線エリア空間における占積率を向上し、より多量の電流を流しパワーアップを図ることができるコイル用線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のロボット開発は、限りなく人間に近いロボットを目指し、競争している。そのため種々の、ハイテク技術が更に開発され、その進歩は目を見張るものがある。そのためのアクチュエータもまた小型で且つパワーアップの性能向上が要求されている。本発明は、そのロボットアクチュエータの性能アップ、すなわち、磁気回路におけるモータのロータの占積率を向上し、パワーアップを図る方法から生まれた。
【０００３】
良く知られているように、磁界中でコイルによって得られる磁気力Ｆは、Ｆ＝Ｂ・Ｉ・Ｌとなり、磁束密度Ｂ［ステラ］と電流［Ａ］とコイルの有効長さＬ（巻数Ｎ）とによって決まる。すなわち、単純に限られた巻線エリアの中に、可能な限り巻数Ｎを多くし、可能な限り多くの電流を流すことが磁気力Ｆを増大させる要件となる。
【０００４】
これらに鑑み、発明者等は、これまで、断面が円形の線材、すなわち、コイル用線材や電線等を含む意味の線材において、断面が円形の線材（断面が円形の線材を「丸線」という）に対し、断面が概略正方形の線材（断面が正方形の線材を「正方形線」という）を提案し、丸線より１．２７倍の電流を流すことが可能な正方形線を開発、製造し、スピーカーのボイスコイル等に適用し、その成果を上げている。
【０００５】
図５〜７にその比較モデル図を示す。図５〜７は、ボイスコイルに巻かれた線材の状態を丸線と正方形線とにより比較する説明図である。図５は直径（外径）４ｍｍ、高さ６．２ｍｍのボイスコイル１６に巻き付けられた直径（φ）が０．５ｍｍの丸線１、図６は１辺が０．５ｍｍの正方形線３、図７は１辺が０．４４ｍｍの正方形線４を用いている。すなわち、図５では、与えられた巻線エリアに対し、丸線１を巻いたときの巻数Ｎが５６（５６Ｎ）に対し、正方形線３を巻いたときは、巻数Ｎが４８（４８Ｎ）と少なくなる。しかしながら、正方形線３は、丸線１に対し１．２７倍の電流が流せるため、そのアンペアターン［Ａ・Ｎ］は４８×１．２７＝６０．９６となり、直径０．５ｍｍの丸線１（アンペアターン［Ａ・Ｎ］は５６×１＝５６）の１．０７倍のアンペアターンが得られる。
【０００６】
更に、直径０．５ｍｍの丸線１の断面積（０．１９６ｍｍ2）とその断面積が等しい正方形線、すなわち、１辺が０．４４ｍｍ（√０．１９６ｍｍ）の正方形線４において、その巻数Ｎは７０（７０Ｎ）となり、直径０．５ｍｍの丸線１の５６Ｎと比較して１．２５倍の電流が流せるため、同一断面積では正方形線のほうが丸線よりもはるかに有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に最近では、人間型ロボットにおけるアクチュエータは、限られた最小の空間にいかに多くの電線を巻線するか、いわゆる、占積率の向上が一段と強く求められている。
【０００８】
図８は、ロボットアクチュエータ（モータのロータ）の全体図、図９、図１０は、モータのロータに丸線、正方形線を巻いた状態を１２等分割（３０度）したモータのロータの部分で示す説明図である。図９は、図８に示す外径（直径）３０ｍｍ、軸径（直径）１６ｍｍのモータのロータ１７に、直径（φ）が０．３ｍｍの丸線２を巻いた状態、図１０は１辺が０．３ｍｍの正方形線５を巻いた状態である。また、図９、図１０は、説明を簡単にするために、複雑な形状を単純に略した図で示されている。
【０００９】
この図９、図１０における比較では、丸線２では、１４３Ｎ（巻数１４３）で、正方形線５では１２７Ｎ（巻数１２７）と、正方形線５の方が巻数が少ないが、正方形線５は流せる電流が丸線２の１．２７倍となることから巻数が１６１Ｎに相当することになり、丸線２と比較して、１２．５％増のアンペアターンが得られる。この１２．５％増のパワーアップは、ロボットアクチュエータの性能アップに、計り知れない効果をもたらす。すなわち、単純にこれまで５ｋｇの可搬重量が５．６ｋｇになることを意味し、発生トルクが１２．５％アップすることは、ロボットアームの慣性モーメントを同じにすれば、そのアームの加減速度を１２．５％アップして、移動が可能である。このように最近では、この図９、図１０における、概略三角形状の巻線エリアに、いかにして多くの巻線を行うかが問題となってきた。
【００１０】
このモータのロータの概略三角形状の巻線エリアに、正方形線を階段状に巻線を行っても、必ず、巻線不可能な微小な概略三角形の部分が残る。この微小に残ったエリアにも、巻線が可能であれば、更にパワーアップが可能となる。
【００１１】
本発明者等は、このような、この微小な概略三角形の部分にいかにして巻線するか、新たな装置や、新たな巻線技術を必要とせず、この微小な概略三角形の部分にいかにして巻線するか、いかにして、微小な概略三角形の部分を更に小さくするかの問題を解決するために研究を重ねた。その結果、巻線エリアの形状によっては、占積率を上げるために、断面形状が正方形よりも矩形等の四辺形の断面が有利となることがわかり、そのための最適な四辺形形状を求めるための手段について知見した。
【００１２】
本発明の目的は、上述の知見に基づき、ロボットアクチュエータ（モータのロータ）等の巻線において、限られた巻線エリアに最大限の巻線を施すことができる線材の断面形状およびその実用に供する断面の面取り部の多きさを決定し、巻線することにより、ロボットアクチュエータ等の著しい性能向上を図ることができるコイル用線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有するコイル用線材。
【００１４】
［２］コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有するコイル用線材。
【００１５】
［３］コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、前記コイル用線材の断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有するコイル用線材。
【００１６】
［４］コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、前記コイル用線材の断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有するコイル用線材。
【００１７】
［５］コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有するコイル用線材。
【００１８】
［６］コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面積が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有するコイル用線材。
【００１９】
［７］コイル用線材の断面形状を矩形とし、前記矩形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有するコイル用線材。
【００２０】
［８］コイル用線材の断面形状を四辺形とし、前記四辺形は１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さとの比および前記四辺形の隅の角度が、前記コイル用線材を巻き付ける巻線エリアの形状に応じて設定されており、更に、前記コイル用線材は、その断面の四方の隅に、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部が設けられ、前記面取り部を含む前記コイル用線材の断面形状において、前記コイル用線材の断面の外周の全長が、その断面積と等しい面積を持つ正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有するコイル用線材。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば下記に示す有用な効果がもたらされる。
１．与えられた巻線エリアに対し、占積率が最大、且つ、最大の巻数が得られるコイル用線材の断面形状が簡単に求められ、最大巻数となる断面形状が決定できる。
【００２２】
２．モータのロータやステータ等、円を何等分かした巻線エリアでは、概略三角形状の巻線エリアが生じる。この概略三角形状の巻線エリアでは、丸線でも、正方形線でも微小な概略三角形状の巻線されない空間が残る。この微小空間を最小限にし、可能な限り巻線を可能にする線材の断面形状を簡単に求めることができ、最大の巻数となる断面形状が決定できる。
【００２３】
３．モータのロータやステータの巻線の占積率が向上することにより、ロボットのアクチュエータの性能が向上し、更に、小型で性能アップしたロボット技術が向上する。
【００２４】
４．巻線のシミュレーションにより、モータの基本設計の段階から、使用電線サイズ、断面形状を決定することが可能である。
【００２５】
５．矩形断面における最適化された四方の隅の面取りの大きさにより、面取り部の絶縁層も安定的に得られ、巻線工程においても支障なく、従来の丸線や正方形線より占積率が向上し、更に、高性能なコイルやロボットアクチュエータが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１１〜１３は、ボイスコイルに線材を巻き付けた状態を示す。図１１は直径（φ）が０．５ｍｍの丸線１、図１２は１辺が０．５ｍｍの正方形線３、図１３は断面が矩形で、矩形の１辺の長さが０．５７ｍｍで前記１辺と直交する他辺の長さが０．５１ｍｍの線材（以下、断面が矩形の線材を「矩形線」という）７を用いている。
【００２８】
図５〜７と同様に直径（外径）４ｍｍのボイスコイルに、直径（φ）０．５ｍｍの丸線１を巻くエリアに、１辺が０．５ｍｍの正方形線３を巻いたときには、図１２に示すように径方向に約０．３ｍｍ、巻き長さ方向に約０．２ｍｍの巻線されない無駄な空間が生じていることがわかる。
【００２９】
この空間を埋めるには、１辺が０．５ｍｍの正方形線３の代わりに、図１３に示すように、断面が矩形で、矩形の１辺の長さが０．５７ｍｍで前記１辺と直交する他辺の長さが０．５１ｍｍの矩形線７を巻けば、許される巻き線エリアを完全に埋めることができる。
【００３０】
すなわち、０．５７×０．５１ｍｍの矩形線７の断面積は、１辺が０．５ｍｍの正方形線３の断面積の１．１６倍となり、直径０．５ｍｍの丸線１に対し１．２４倍のアンペアターンが得られる。この約２４％増は非常に大きなパワーアップとなる。
【００３１】
図１４〜１６は、ボイスコイルに線材を巻きつけた状態を示す。図１４は直径（φ）が０．５ｍｍの丸線１、図１５は１辺が０．４４ｍｍの正方形線４、図１６は１辺の長さが０．４４ｍｍで前記１辺と直交する他辺の長さが０．４６ｍｍの矩形線８を用いている。
【００３２】
図１１〜１３と同様に直径０．５ｍｍの丸線１に対し、断面積が等しい１辺が０．４４ｍｍの正方形線４を巻いた巻線における巻径方向の空間０．１ｍｍを埋めるには、図１６に示すように、０．４４×０．４６ｍｍの矩形線８を用いて巻線を行えば、断面積が１．０４５倍となる。また、直径０．５ｍｍの丸線１に対しては、１．３倍のアンペアターンが得られる。このように許される巻線エリアに対し、設計時の巻きの層数、長さ方向の巻数の値に対し、最適な矩形断面形状を求めることが可能となる。
【００３３】
以上の説明において、電線には絶縁膜が当然ある。電線は、線材（丸線、正方形線、矩形線等）および絶縁膜からなっている。説明を簡単にするため、絶縁膜の厚さは、丸線、正方形線および矩形線において一様とし、その厚さを無視して説明している。以下の説明も同様である。
【００３４】
図１７、図１８は、モータのロータに丸線、正方形線を巻いた状態を１２等分割したモータのロータの部分で示す説明図であり、直径（φ）０．３ｍｍの丸線２と、その断面積が等しい正方形線、すなわち、１辺が０．２７ｍｍの正方形線６との巻数を比較した図である。図１７が直径が０．５ｍｍの丸線１、図１８が、１辺が０．２７ｍｍの正方形線６を用いている。
【００３５】
図１７、図１８から、直径０．３ｍｍの丸線２の総巻数は１４３Ｎ、１辺が０．２７ｍｍの正方形線６では１５７Ｎとなり、その増加は約１０％となる。しかし、図１８に示す１辺が０．２７ｍｍの正方形線６の巻き状態において、巻線されていない概略三角形の微小な空間が残っている。この空間を可能な限り埋めるため、１辺が０．２７ｍｍの正方形線６の断面積を変化させず、辺の長さを微小量変化させて断面を矩形形状とし、そして、その矩形形状の寸法を求めた値を表１、表２に示す。
【００３６】
【表１】
2006099995.tif 000003
【００３７】
【表２】
2006099995.tif 000004
【００３８】
表１、表２のうち表２から、３種の矩形形状、すなわち、０．２２×０．３３ｍｍ（矩形線９）、０．２×０．３６ｍｍ（矩形線１０）、０．１８×０．４ｍｍ（矩形線１１）を選び、巻線のキャド（ＣＡＤ）によるシミュレーションの結果を図１９〜２１に示す。図１９〜２１は、モータのロータに矩形線を巻いた状態を１２等分割したモータのロータの部分で示す説明図であり、３種の矩形線において断面形状の相違によって総巻数を比較する。図１９は０．２２×０．３３ｍｍの矩形線９、図２０は０．２×０．３６ｍｍの矩形線１０、図２１は０．１８×０．４ｍｍの矩形線１１を用いている。
【００３９】
これにより、図２０に示す矩形線１０（０．２×０．３６ｍｍ）の矩形形状断面が総数１６１Ｎで最大巻数になることがわかる。すなわち、円を何等分かした概略三角形の形状を持つ巻線エリアでは、正方形の断面形状よりも巻線総数が多くなる矩形の断面形状が存在することを意味する。よって、正方形線よりも矩形線の方が占積率が良くなる巻線エリアが存在することがわかる。
【００４０】
そして、更に、１辺が０．３ｍｍの正方形線５の断面積を変化させず、辺の長さを微小量変化させて断面を矩形形状とし、そして、その矩形形状の寸法を求めた値を表３、表４に示す。
【００４１】
【表３】
2006099995.tif 000005
【００４２】
【表４】
2006099995.tif 000006
【００４３】
表３、表４のうち表４から、４種の矩形線の矩形形状、０．２×０．４５ｍｍ（矩形線１２）、０．１８×０．５ｍｍ（矩形線１３）、０．１５×０．６ｍｍ（矩形線１４）、０．１×０．９ｍｍ（矩形線１５）を選び、巻線のキャド（ＣＡＤ）によるシミュレーションの結果を図２２〜２５に示す。図２２〜２５は、４種の矩形線において断面形状の相違によって総巻数を比較する説明図である。図２２が０．２×０．４５ｍｍの矩形線１２、図２３が０．１８×０．５ｍｍの矩形線１３、図２４が０．１５×０．６ｍｍの矩形線１４、図２５が０．１×０．９ｍｍの矩形線１５を用いている。
【００４４】
これにより、図２３に示す矩形線１３（０．１８×０．５ｍｍ）の矩形断面形状が１３１Ｎと最大の巻数を示し、基準となる１辺が０．３ｍｍの正方形線５を変えても、正方形線より、巻数が多くなる矩形形状が存在することを意味する。同様に正方形線より、矩形断面形状の矩形線の方が、占積率が向上する巻線エリアが存在する。すなわち、本発明は、与えられた巻線エリアに対し、最大の巻数が得られる断面決定方法とその断面形状となる。
【００４５】
更に、これまでは説明を簡単にするために、電線の絶縁膜の厚さを０（ゼロ）として論じてきたが、実際には絶縁膜は必要であり、説明してきた電線は一様な同じ絶縁膜が付いているとすれば、比例的に同じ説明になる。そして、絶縁膜は必ず必要である。発明者等はすでに特願２００３−３８４２０９（以下、「先願１」という）において、断面形状が正方形で、四方の隅に面取り部を有するコイル用線材を提案している。
【００４６】
断面形状が四辺形の線材における絶縁膜塗布において、鋭角なコーナを持つ箇所に絶縁膜を均一に塗布することは、非常に難しい。その巻線においても、鋭角な箇所を持つ電線は、お互いのコーナの重なり部に応力（面圧力）集中がおこり、絶縁破壊が簡単に生じることも周知である。発明者等がすでに提案している最適な面取り部が必要である。本発明においては、先願１の内容を、矩形線に利用するものである。
【００４７】
先願１の内容は下記の通りである。
［１］  断面形状が正方形のコイル用線材において、正方形の断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部が設けられた前記線材の断面積が、前記正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さを有することを特徴とするコイル用線材。
【００４８】
［２］  断面形状が正方形のコイル用線材において、正方形の断面の四方の隅に円弧状面取り部が設けられ、前記面取り部が設けられた前記線材の断面積が、前記正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の面積の１．１５倍以上の広さとなるように、前記円弧状面取り部の円弧の半径の長さが設定されているコイル用線材。
【００４９】
［３］  断面形状が正方形のコイル用線材において、正方形の断面の四方の隅に面取り部が設けられ、前記面取り部が設けられた前記線材の断面の外周の全長が、前記正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さを有するコイル用線材。
【００５０】
［４］  断面形状が正方形のコイル用線材において、正方形の断面の四方の隅に円弧状面取り部が設けられ、前記面取り部が設けられた前記線材の断面の外周の全長が、前記正方形の１辺と同じ長さの直径を有する円の円周の１．０９倍以上の長さとなるように、前記円弧状面取り部の円弧の半径の長さが設定されているコイル用線材。
【００５１】
［５］  前記正方形の１辺の長さが１ｍｍ以下である上記［１］から［４］のうちのいずれか１に記載のコイル用線材。
【００５２】
上記のように、先願１は、断面形状が正方形の線材において、正方形の断面の四方の隅に面取り部を設けるとともに、面取り部を有する正方形の断面積や外周の全長を規定するものである。
【００５３】
本発明において、巻線エリアに対して最適の矩形断面を決定し、更に、四方の隅に設ける面取り部を決定する２つの手順を示す。
【００５４】
第１は、線材の断面積を基準として求める方法である。
（１）巻線エリアに対して最適な矩形形状をシミュレーションにより決定する。これによりその矩形断面の１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さが決定される。
（２）決定した矩形線の断面積と等しい面積を持つ正方形を求め、その１辺の長さを求める。
（３）求めた正方形の１辺を直径とする円の面積を求める。
（４）求めた円の面積の１．１５倍以上の面積となる正方形の面積を求める。そして、求めた面積と同一断面積となるように面取り部を有する矩形線の断面形状を決定する。
【００５５】
求めた矩形断面形状の面取り部として、直線状の面取り部や実用的なコーナＲ、すなわち、円弧状等の丸みを帯びた形状の面取り部を用いることができる。なお、発明者等は、求めた正方形線の辺の長さの１０％値を基準として、求めた矩形断面の辺の長短に合わせ、面取り形状を最適な値に補正している。
【００５６】
第２は、線材の断面の外周の全長（以下、「周長さ」という）を基準として求める方法である。
（１）巻線エリアに対して最適な矩形形状をシミュレーションにより決定する。これによりその矩形断面の１辺の長さと前記１辺と直交する他辺の長さが決定される。
（２）決定した矩形線の断面形状と等しい断面積を持つ正方形を求め、その１辺の長さを求める。
（３）求めた正方形の１辺を直径とする円の円周を求める。
（４）求めた円周の１．０９倍以上の長さとなる正方形の外周の全長（周長さ）を求める。そして、求めた周長さと同一の周長さとなるように面取り部を有する矩形線の断面形状を決定する。
【００５７】
なお、発明者等は、１．０９倍以上での実用的なコーナＲとして、求めた正方形線の辺の長さの１０％値を基準とし、求めた矩形断面の長短に合わせ、最適な値に補正している。
【００５８】
以上のように、本発明によれば、与えられた巻線エリアに対し可能な限り多い巻数で巻線ができるような、最適な矩形の断面形状を求め、最適な面取り部を持つ矩形断面のコイル用線材を提供することができる。
【００５９】
かくして、本発明は、ボイスコイルやロボットアクチュエータ等磁気回路を有する多くの機器において設計段階から、巻線エリアに対する理想的な線材の形状を求めることが可能となり、且つ、その性能が著しく向上するボイスコイルやロボットアクチュエータなどの機器を実現できる。
【００６０】
以上は、矩形線の例を示したが、本発明は、巻線エリアの形状によって、台形あるいはその他の四辺形の断面形状とすることができる。
【実施例１】
【００６１】
次に、本発明の矩形線の面取り部の設定を実施例により説明する。
【００６２】
図１、図２は、円弧状面取り部の設定手順を示す説明図、図３は、円弧状面取り部を構成する円の説明図である。図３中の２６は円弧状面取り部を構成する半径Ｒの円を示す。
【００６３】
本発明矩形線、すなわち、四方の隅に面取り部を有する矩形断面形状からなる矩形線を製造するに当たり、まず、創作の基本となる最適な矩形線の矩形断面形状２１（面取り部なし、図１）を決定する。この矩形断面形状２１は、巻線エリアに応じた最適な矩形形状のシミュレーションにより決定する。これにより矩形の１辺と前記１辺と直交する他辺の長さが決定される。次いで、この矩形断面形状２１と同じ面積を有する正方形２２（図１）の１辺の長さを求める。該正方形２２の１辺の長さをＤとする（図２）。
【００６４】
次いで、Ｄを直径とする円２５の面積（ＤＡ）を求める。そして、求めた円２５の面積（ＤＡ）の１．１５倍の広さ（１．１５ＤＡ）を求める。この面積（１．１５ＤＡ）を、四方の隅に円弧状面取り部２４を有する矩形線の矩形断面形状２３（図１）の断面積とする。なお、矩形断面形状２３の断面積は、円２５の面積の１．１５倍以上とするのが要件であり本件においては１．１５倍とした。
【００６５】
四方の隅に設けた円弧状面取り部は、半径Ｒの円２６（図３）の一部からなっている。そして、面取り部を設けた矩形断面形状２３の面積が円２５の面積の１．１５倍となる半径Ｒを下記により求める。
【００６６】
矩形断面形状２３の断面積を□Ａとすると、□Ａは下記となる。
□Ａ＝Ｄ2−０．８５８Ｒ2・・・１
ただし、
Ｄ：矩形断面形状２１と同じ面積を有する正方形２２の１辺の長さ
Ｒ：四方の隅に設けた円弧状面取り部を構成する円２６の半径
ここで、１式の「０．８５８Ｒ2」は、図３に示される円弧状面取り部に示すΔＡの面積の４倍の値である。すなわち、
（２Ｒ）2−πＲ2＝４Ｒ2−πＲ2（４−π）Ｒ2
＝０．８５８Ｒ2
【００６７】
直径Ｄの円の面積をＤＡとすると、ＤＡは下記となる。
ＤＡ＝π（Ｄ／２）2＝π／４（Ｄ）2＝０．７８５Ｄ2
円弧状面取り部２４を構成する円弧２６の半径Ｒは下記により求まる。
【００６８】
□Ａ＝１．１５×ＤＡ
Ｄ2−０．８５８Ｒ2＝１．１５×０．７８５Ｄ2
０．８５８Ｒ2＝０．０９７２５Ｄ2
Ｒ＝√（０．０９７２５Ｄ2／０．８５８）
【００６９】
求めたＲ値が最適な矩形断面の円弧状面取り部を構成する円弧の半径Ｒである。このＲ値から、四方の隅に半径Ｒの円弧状面取り部２４を有する矩形断面形状２３の矩形線が構成される。
【実施例２】
【００７０】
更に、本発明の矩形線の面取り部の設定を実施例により説明する。
【００７１】
図４は円弧状面取り部を構成する円の説明図であり、図４中の２７は円弧状面取り部を構成する半径Ｒの円を示す。
【００７２】
図１、図２に示すように、まず、Ｄを直径とする円２５の円周（ＤＬ）を求める。そして、求めた円２５の円周（ＤＬ）の１．０９倍の長さ（１．０９ＤＬ）を求める。この長さを、四方の隅に円弧状面取り部２４を有する矩形線の矩形断面形状２３の周長さとする。なお、矩形断面形状２３の周長さは、円２５の円周の１．０９倍以上とするのが要件であり本件においては１．０９倍とした。
【００７３】
四方の隅に設けた円弧状面取り部は、半径Ｒの円２７（図４）の一部からなっている。そして、面取り部を設けた矩形断面形状２３の周長さが円２５の円周の１．０９倍となる半径Ｒを下記により求める。
【００７４】
矩形断面形状２３の周長さを□Ｌとすると、□Ｌは下記となる。
□Ｌ＝４Ｄ−１．７２Ｒ・・・２
ただし、
Ｄ：矩形断面形状２１と同じ面積を有する正方形２２の１辺の長さ
Ｒ：四方の隅に設けた円弧状面取り部を構成する円２７の半径
【００７５】
ここで、２式の「１．７２Ｒ」は、図４に示される円弧状面取り部を構成する円２７の円周を求めればよい。すなわち、
４（Ｄ−２Ｒ）−２πＲ＝４Ｄ−８Ｒ−２πＲ＝４Ｄ−２Ｒ（４−π）
＝４Ｄ−１．７２Ｒ
【００７６】
直径Ｄの円の円周をＤＬとすると、ＤＬは下記となる。
ＤＬ＝πＤ
円弧状面取り部２４を構成する円弧の半径Ｒは下記により求まる。
４Ｄ−１．７２Ｒ＝１．０９×πＤ
１．７２Ｒ＝０．５７７４Ｄ
Ｒ＝０．５７７４Ｄ／１．７２
【００７７】
求めたＲ値が最適な矩形断面の円弧状面取り部を構成する円弧の半径Ｒである。このＲ値から、四方の隅に半径Ｒの円弧状面取り部２４を有する矩形断面形状２３の矩形線が構成される。
【００７８】
以上の実施例１、２は、円弧状面取り部（コーナがＲ状のもの）を示すものであるが、面取り部は直線状でもよい。すなわち、本発明の矩形線は、面取り部を有する矩形の断面形状を構成する矩形の面積または周長さが、本発明の範囲内であれば、直線状の面取り部によっても構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施例に係る円弧状面取り部の設定方法の説明図である。
【図２】本発明の実施例に係る円弧状面取り部の設定方法の説明図である。
【図３】本発明の実施例に係る円弧状面取り部を構成する半径Ｒの円を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る円弧状面取り部を構成する半径Ｒの円を示す説明図である。
【図５】（ａ）はボイスコイルに丸線を巻いた状態を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。
【図６】ボイスコイルに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図７】ボイスコイルに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図８】モータのロータの全体を示す説明図である。
【図９】モータのロータに丸線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１０】モータのロータに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１１】ボイスコイルに丸線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１２】ボイスコイルに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１３】ボイスコイルに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１４】ボイスコイルに丸線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１５】ボイスコイルに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１６】ボイスコイルに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１７】モータのロータに丸線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１８】モータのロータに正方形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図１９】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２０】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２１】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２２】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２３】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２４】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【図２５】モータのロータに矩形線を巻いた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  直径が０．５ｍｍの丸線
２  直径が０．３ｍｍの丸線
３  １辺が０．５ｍｍの正方形線
４  １辺が０．４４ｍｍの正方形線
５  １辺が０．３ｍｍの正方形線
６  １辺が０．２７ｍｍの正方形線
７  ０．５１ｍｍ×０．５７ｍｍの矩形線
８  ０．４４ｍｍ×０．４６ｍｍの矩形線
９  ０．２２ｍｍ×０．３３ｍｍの矩形線
１０  ０．２ｍｍ×０．３６ｍｍの矩形線
１１  ０．１８ｍｍ×０．４ｍｍの矩形線
１２  ０．２ｍｍ×０．４５ｍｍの矩形線
１３  ０．１８ｍｍ×０．５ｍｍの矩形線
１４  ０．１５ｍｍ×０．６ｍｍの矩形線
１５  ０．１ｍｍ×０．９ｍｍの矩形線
１６  ボイスコイル
１７  モータのロータ
２１  最適な矩形線の断面形状
２２  最適な矩形線の断面形状と面積が等しい正方形
２３  面取り部を有する矩形断面形状
２４  円弧状面取り部
２５  Ｄを直径とする円
２６  円弧状面取り部を構成する円
２７  円弧状面取り部を構成する円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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