(57)【要約】【課題】  面対向型のトロイダルコイルのコアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるトロイダルコイルおよびその巻回方法、トロイダルコイルを構成する部品としてのボビンコイルおよび空芯コイル並びにその巻回方法を提供する。【解決手段】  本発明のトロイダルコイルのコアの外径と内径との比は２：１に設定されている。コイル巻線構造体４ａは、コアの内径円弧部及び二つの平面部の対応部分で平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部の対応部分で２層の平角線４が円弧方向に整列し、外径円弧部の対応部分で１層の平角線４が円弧方向に整列している。外径円弧部と内径円弧部との対応部分における円弧方向の長さの比は２：１である。【選択図】図５
2012244840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダルコアに平角線を巻回してなるトロイダルコイルにおいて、
前記トロイダルコアは、その外径と内径との比が２：１に設定されており、前記トロイダルコアは、その中心を基準として一定の角度範囲で画定された複数のコイル巻線部を有しており、該各コイル巻線部は、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有しており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由してポロイダル方向に前記平角線を巻回する際に、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするトロイダルコイル。
【請求項２】
トロイダルコアに平角線を巻回してなるトロイダルコイルの巻回方法において、
前記トロイダルコアは、その外径と内径との比が２：１に設定されており、前記トロイダルコアは、その中心を基準として一定の角度範囲で画定された複数のコイル巻線部を有しており、該各コイル巻線部は、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有しており、
前記各コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由してポロイダル方向に前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするトロイダルコイルの巻回方法。
【請求項３】
ボビンコアに平角線を巻回してなるボビンコイルにおいて、
前記ボビンコアは、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするボビンコイル。
【請求項４】
ボビンコアに平角線を巻回してなるボビンコイルの巻回方法において、
前記ボビンコアは、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするボビンコイルの巻回方法。
【請求項５】
平角線を巻回してなる空芯コイルにおいて、
前記平角線の巻回後に取り除かれるコアが、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部とを連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コアの前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列し、前記外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部と前記内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことを特徴とする空芯コイル。
【請求項６】
平角線を巻回してなる空芯コイルの巻回方法において、
前記平角線の巻回後に取り除かれるコアが、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部とを連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記コアの前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列し、前記外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部と前記内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことを特徴とする空芯コイルの巻回方法。
【請求項７】
請求項３に記載のボビンコイルを複数個、トロイダル状に連結してなることを特徴とするトロイダルコイル。
【請求項８】
請求項５に記載の空芯コイルを複数個、トロイダル状に連結してなることを特徴とするトロイダルコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、風力発電装置等の発電機または面対向型の扁平モータ等のモータに用いられるトロイダルコイル、このトロイダルコイルを構成するボビンコイルおよび空芯コイル、並びに、その巻回方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトロイダルコイルとしては、例えば、トロイダル状のステータコアにコイル巻線として断面矩形状の平角線をポロイダル方向（放射方向）に巻回し、トロイダル方向（周方向）に整列させたものが知られている。特許文献１および２は、均一な磁場を得るための巻回方法に関するものであり、これらには、三相交流サーボモータのステータに用いられるトロイダルコイルが示されている（いずれの文献においても図１、図２および図４参照）。このトロイダルコイルのステータコアは、その内外径の比が比較的小さいタイプであり、外周面部と、ロータを収容する中心穴の内周面部と、この内周面部と外周面部を連絡する二つの平面部を有している。このコアには、その中心を基準として一定の角度範囲で画定された複数のコイル巻線部が形成されている。このコイル巻線部では、その外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さがほぼ同一に近い。このような構成のコアのコイル巻線部に平角線を均一の層数で巻回する場合には、当該コイル巻線部の一部が露出することなく、コイル巻線部全体に均等の厚さで平角線を整列させることができる（図４参照）。
【０００３】
また、特許文献３は、磁束を最大にするためのセグメント状コイルアレイに関するものであり、この文献には、上記トロイダルコイルとは別タイプのステータコアを用いた面対向型のトロイダルコイルが示されている（図３〜図５参照）。このタイプのコアは、その内外径の比が比較的大きいタイプである。このコアの一方の平面部には、扇形状の外形となるように巻かれた三つの巻回コイルを入れ子状に重ね合わせたセグメントがトロイダル方向に沿ってアレイ状に配設されている。
【０００４】
さらに、特許文献４は、磁束密度の均一化により安定的な磁場を得るための整列巻きコイルに関するものであり、この文献には、内外径の比が比較的大きいトロイダル状のロータコアに鞍型状の整列巻きコイルをトロイダル方向に沿ってアレイ状に配設したトロイダルコイルが示されている（図１、図１５および図１６参照）。鞍型状の整列巻きコイルは、図１に示されているように、断面矩形状の平角線を角筒状に巻回しながら、鞍型状に形成したものである。
【０００５】
しかしながら、これらの技術は、トロイダルコイルの巻回方法に関するものであるが、いずれの技術にも、面対向型のトロイダルコアに平角線をポロイダル方向に巻回する方法が開示されていない。
【０００６】
【特許文献１】特許第３１６７６７９号公報
【特許文献２】特許第３５６８４５０号公報
【特許文献３】特公２０００−５１１３９９号公報
【特許文献４】特開２００５−３４８４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のトロイダルコイルの巻回方法では、次のような課題があった。
特許文献３および４に開示された面対向型のトロイダルコイルのコアに、特許文献１および２に開示されたようなコイル巻線部を設定する場合には、コアの内外径の比に応じて、外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の寸法差が大きくなる。このため、コイル巻線部の外径円弧部および内径円弧部を経由してポロイダル方向に平角線を巻回して平角線を整列させる際に、特許文献１および２に開示されたコイルの巻回方法を適用しても、該巻回方法が均一の層数で平角線を積層させる方法であるため、コイル巻線部の一部が露出することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることはできない。
すなわち、外径円弧部でその円弧方向に平角線を整列させて均一の層数で平角線を積層させようとしても、内径円弧部の円弧方向の寸法が外径円弧部よりも小さいため、平角線を巻回できないコイル巻線部の露出部分が生じる。逆に、内径円弧部でその円弧方向に平角線を整列させて均一の層数で平角線を積層させようとしても、外径円弧部側へ向かうほど、平角線が互い離間していくため、離間した平角線間には、やはりコイル巻線部が部分的に露出する。このような露出部分がコイル巻線部に形成されると、このコイル巻線部の外径円弧部と内径円弧部とを連絡する平面部を貫通する磁界の磁束密度が不均一となり、面対向型のトロイダルコイル全体の磁界が安定しない。このように磁界が不安定な面対向型のトロイダルコイルに通電すると、コイル電流にリップルやコギングが生じ、また、高周波電流を通電すると、コイル面に表面効果（スキンエフェクト）が生じる。このトロイダルコイルを用いたモータ等では、その不安定な磁界の影響により、安定的なトルクを得ることができず、モータ性能を低減させることになる。
【０００８】
従って、従来のコイルの巻回方法により面対向型のトロイダルコアに平角線をポロイダル方向に巻回しようとしても、コイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることは容易ではない。この点は、面対向型のトロイダルコイルを構成する部品として使用可能なボビンコイルや空芯コイルについても同様である。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、面対向型のトロイダルコイルのコアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるトロイダルコイルおよびその巻回方法、トロイダルコイルを構成する部品としてのボビンコイルおよび空芯コイル並びにその巻回方法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】
【００１０】
本発明に係るトロイダルコイルは、トロイダルコアに平角線を巻回してなるトロイダルコイルにおいて、前記トロイダルコアは、その外径と内径との比が２：１に設定されており、前記トロイダルコアは、その中心を基準として一定の角度範囲で画定された複数のコイル巻線部を有しており、該各コイル巻線部は、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有しており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由してポロイダル方向に前記平角線を巻回する際に、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係るトロイダルコイルの巻回方法は、トロイダルコアに平角線を巻回してなるトロイダルコイルの巻回方法において、前記トロイダルコアは、その外径と内径との比が２：１に設定されており、前記トロイダルコアは、その中心を基準として一定の角度範囲で画定された複数のコイル巻線部を有しており、該各コイル巻線部は、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有しており、
前記各コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由してポロイダル方向に前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係るボビンコイルは、ボビンコアに平角線を巻回してなるボビンコイルにおいて、前記ボビンコアは、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係るボビンコイルの巻回方法は、ボビンコアに平角線を巻回してなるボビンコイルの巻回方法において、前記ボビンコアは、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部を連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部の上にはｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る空芯コイルは、平角線を巻回してなる空芯コイルにおいて、前記平角線の巻回後に取り除かれるコアが、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部とを連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コアの前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、前記内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列し、前記外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部と前記内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係る空芯コイルの巻回方法は、平角線を巻回してなる空芯コイルの巻回方法において、前記平角線の巻回後に取り除かれるコアが、円弧方向の長さの比が２：１に設定された外径円弧部および内径円弧部と、該内径円弧部と前記外径円弧部とを連絡する扇状の第１平面部および第２平面部を有するコイル巻線部を備えており、
前記コイル巻線部内の前記内径円弧部、前記第１平面部、前記外径円弧部および前記第２平面部を経由して前記平角線を巻回する際に、前記コイル巻線部内の円弧方向の一端側から前記平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、前記コイル巻線部内の前記他端側から前記一端側へ前記平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップを含み、
前記第１のステップは、前記内径円弧部では前記平角線を隣接させた状態で配設し、前記外径円弧部では前記平角線を該平角線の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設するものであり、
前記第２のステップは、前記内径円弧部では前記第１のステップにより配設された前記平角線上に２層目の平角線を積層し、前記外径円弧部では前記平角線を前記第１のステップにより配設された前記平角線間に１層目の平角線を配設するものであり、
前記第３のステップは、前記第１のステップにより配設された巻き始めの前記平角線に隣接した位置に巻き終わりの前記平角線を配設するものであり、
前記第１のステップ、前記第２のステップおよび前記第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、前記コアの前記内径円弧部、前記第１平面部および前記第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層となるように配設され、前記内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が前記円弧方向に整列し、前記外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が前記円弧方向に整列するとともに、前記外径円弧部と前記内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係るトロイダルコイルは、前記ボビンコイルを複数個、トロイダル状に連結してなることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係るトロイダルコイルは、前記空芯コイルを複数個、トロイダル状に連結してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るトロイダルコイルによれば、外径と内径との比を２：１に設定して外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定したトロイダルコアのコイル巻線部内の内径円弧部、第１平面部および第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部の上にはｎ層の平角線が円弧方向に整列するように構成したことにより、コイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制し、かつ、第１平面部および第２平面部を貫通してロータのトルクに寄与する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、トロイダルコイル全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係るトロイダルコイルの巻回方法によれば、外径と内径との比を２：１に設定して外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定したトロイダルコアのコイル巻線部内の円弧方向の一端側から平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、コイル巻線部内の他端側から一端側へ平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップをｎ回（ｎは整数である）、実施することにより、内径円弧部、第１平面部および第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部の上にはｎ層の平角線が円弧方向に整列するように構成したことで、コイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制し、かつ、第１平面部および第２平面部を貫通してロータのトルクに寄与する磁界の磁束密度を均一化したトロイダルコイルを得ることができる。また、この巻回方法によれば、コイル巻線部内の円弧方向の一端側と他端側とをｎ回、往復する間に、平角線をコイル巻線部内に上述のように整列させて巻回することができるので、トロイダルコイルを容易に得ることができる。
【００２０】
本発明に係るボビンコイルによれば、外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定したボビンコアのコイル巻線部内の内径円弧部、第１平面部および第２平面部の上には平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部の上にはｎ層の平角線が円弧方向に整列するように構成したことにより、コイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制することができる。当該ボビンコイルを連結して構成されたトロイダルコイルの各コイル巻線部の第１平面部および第２平面部を貫通してロータのトルクに寄与する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、当該トロイダルコイル全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係るボビンコイルの巻回方法によれば、外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定したボビンコアのコイル巻線部内の円弧方向の一端側から平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、コイル巻線部内の他端側から一端側へ平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップをｎ回、実施することにより、内径円弧部、第１平面部および第２平面部の上には平角線が２ｎ層となるように配設され、内径円弧部上に配設された２ｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部の上にはｎ層の平角線が円弧方向に整列するように構成したことで、コイル巻線部に露出部分を形成することなく、コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制し、かつ、第１平面部および第２平面部を貫通する磁界の磁束密度を均一化したボビンコイルを得ることができる。また、この巻回方法によれば、コイル巻線部内の円弧方向の一端側と他端側とをｎ回、往復する間に、平角線をコイル巻線部内に上述のように整列させて巻回することができるので、ボビンコイルを容易に得ることができる。
【００２２】
本発明に係る空芯コイルによれば、外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定し、かつ、平角線の巻回後に取り除かれるコアの内径円弧部、第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層（ｎは整数である）となるように配設され、内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が円弧方向に整列し、外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部と内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことにより、コアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、当該コイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制することができる。当該空芯コイルを連結して構成されたトロイダルコイルの各コイル巻線部の第１平面部および第２平面部を貫通してロータのトルクに寄与する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、当該トロイダルコイル全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る空芯コイルの巻回方法によれば、外径円弧部と内径円弧部との円弧方向の長さの比を２：１に設定し、かつ、平角線の巻回後に取り除かれるコアのコイル巻線部内の円弧方向の一端側から平角線を巻き始めて他端側まで１層目の平角線を配設する第１のステップと、コイル巻線部内の他端側から一端側へ平角線を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線を配設する第３のステップをｎ回、実施することにより、コアの内径円弧部、第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分では平角線が２ｎ層となるように配設され、内径円弧部に対応する平角線部分では２ｎ層の平角線が円弧方向に整列し、外径円弧部に対応する平角線部分ではｎ層の平角線が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部と内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように構成したことにより、コアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、当該コアのコイル巻線部全体に平角線を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制し、かつ、コアの第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分を貫通する磁界の磁束密度を均一化した空芯コイルを得ることができる。また、この巻回方法によれば、コイル巻線部内の円弧方向の一端側と他端側とをｎ回、往復する間に、平角線をコアのコイル巻線部内に上述のように整列させて巻回することができるので、空芯コイルを容易に得ることができる。
【００２４】
本発明に係るトロイダルコイルによれば、コアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、当該コアのコイル巻線部全体に平角線を整列させて第１平面部および第２平面部を貫通する磁界の磁束密度を均一化した上記ボビンコイルを複数個、トロイダル状に連結するように構成したことにより、得られたトロイダルコイル全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００２５】
本発明に係るトロイダルコイルによれば、平角線の巻回後に取り除かれるコアのコイル巻線部に露出部分を形成することなく、当該コアの第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分を貫通する磁界の磁束密度を均一化した上記空芯コイルを複数個、トロイダル状に連結するように構成したことにより、得られたトロイダルコイル全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
≪実施の形態１≫
図１は本発明の実施の形態１によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図であり、図２は図１のトロイダルコイルに用いられるトロイダルコアの全体構成を示す斜視図であり、図３は図２のトロイダルコアのコイル巻線部内に平角線をポロイダル方向に巻回する過程を示す斜視図であり、図４は図３の一つのコイル巻線部内に巻回された平角線によるコイル巻線構造体を示す斜視図であり、図５は図４の矢印Ａ方向から視た矢視図であり、図６は図４の矢印Ｂ方向から視た矢視図であり、図７は図４の矢印Ｃ方向から視た斜視図であり、図８Ａは図７のＤ−Ｄ線で切断して示す断面図であり、図８Ｂは図８ＡのＥ部分を拡大して示す断面図であり、図８Ｃは図８ＡのＦ部分を拡大して示す断面図であり、図９Ａは図７のＧ−Ｇ線で切断して示す断面図であり、図９Ｂは図９ＡのＨ部分を拡大して示す断面図であり、図１０は図４のコイル巻線構造体のうち、１層目の平角線を巻回した段階での構造（１層目コイル巻線構造体）を示す斜視図であり、図１１は図１０の矢印Ｉ方向から視た矢視図であり、図１２Ａは図１１のＪ−Ｊ線で切断して示す断面図であり、図１２Ｂは図１２ＡのＫ部分を拡大して示す断面図であり、図１２Ｃは図１２ＡのＬ部分を拡大して示す断面図であり、図１３Ａは図１１のＭ−Ｍ線で切断して示す断面図であり、図１３Ｂは図１３ＡのＮ部分を拡大して示す断面図であり、図１４Ａは図１１のＯ−Ｏ線で切断して示す断面図であり、図１４Ｂは図１４ＡのＰ部分を拡大して示す断面図である。なお、この実施の形態１によるトロイダルコイルは、後述のコイル巻線部について実施される第１のステップ、第２のステップおよび第３のステップの実施回数ｎを１とした場合の例示であり、実施回数ｎを１とした点は、後述する実施の形態２乃至５においても同様である。
【００２７】
このトロイダルコイル１は、図１に示すように、面対向型の扁平コイルであり、トロイダルコア２の複数個（偶数個）のコイル巻線部３にそれぞれ平角線４をポロイダル方向に巻回することにより構成されている。図２に示すように、トロイダルコア２は、その軸線方向の厚さが薄く形成された薄型のコアであり、外環部５と、この外環部５と同軸上に配されかつ外環部５の内周部分に内接する外周部分を有する内環部６とから構成されている。このトロイダルコア２は、外環部５の外周を構成する外周面部７と、内環部６の内周を構成する中心穴８の内周面部９と、この内周面部９と外周面部７とを連絡しかつ互いに平行に形成された二つの平面部１０（一方のみ図示）とから概略構成されている。外周面部７の外径（トロイダルコア２の外径）と内周面部９の内径（トロイダルコア２の内径）との比は、２：１に設定されている。また、外周面部７と内周面部９の軸線方向の寸法は同一に設定されている。一方の平面部１０は、トロイダルコイル１と同軸に配設されたロータ（図示せず）に対向する面であり、その平面部１０のコイル巻線部３を貫通する方向の磁界がロータ（図示せず）のトルクに寄与するように構成されている。なお、トロイダルコア２は、平角線４に通電する電流の大きさや周波数などに応じて適宜選択される材料で構成される。また、トロイダルコア２の内部には、トロイダルコイル１の用途などに応じて、空洞が形成されてもよい。
【００２８】
複数のコイル巻線部３は、トロイダルコア２のトロイダル方向に沿って一定の間隙をもって形成されており、各コイル巻線部３は、トロイダルコア２の中心を基準として一定の角度範囲で画定されている。この角度範囲は、トロイダルコア２の用途、大きさ、コイル巻線部３の設置数、上記間隙などにより適宜設定される。また、各コイル巻線部３は、内環部６の平面部１０上に、中心穴８の中心から半径方向外方に放射状に形成された仕切壁１１によって画定されている。このコイル巻線部３は、外周面部７の一部を構成する外径円弧部１２と、内周面部９の一部を構成する内径円弧部１３と、この内径円弧部１３と外径円弧部１２とを連絡しかつ互いに平行に形成された扇状の第１平面部１４および第２平面部（図示せず）とから構成されている。外径円弧部１２および内径円弧部１３が同一の角度範囲で画定されているため、外径円弧部１２と内径円弧部１３との円弧方向（トロイダル方向またはトロイダルコア２の周方向）の長さの比は、トロイダルコア２の外径と内径との比と同様に、２：１となる。
【００２９】
コイル巻線部３には、平角線４がポロイダル方向に巻回され、トロイダル方向に整列されている。このコイル巻線部３内に巻回された平角線４から構成されたコイル巻線構造体４ａは、図４および図５に示すように、扇状の第１平面部１４および第２平面部（図示せず）に対応した扇状部分と、図６および図７に示すように、同一寸法に設定された外径円弧部１２および内径円弧部１３に対応した断面矩形状部分を有している。このコイル巻線構造体４ａは、コイル巻線部３の内径円弧部１３、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）に対応する平角線部分で、図５、図８Ａおよび図８Ｃに示すように、２層の平角線４がコイル巻線部３への巻き数（２０巻き）の半分の数と等しい数の１０列で円弧方向に整列しており、コイル巻線部３の外径円弧部１２に対応する平角線部分で、図５、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、１層の平角線４が巻き数（２０巻き）と等しい数の２０列で円弧方向に整列している。すなわち、外径円弧部１２と内径円弧部１３との平角線４の列の数の比は、２：１になっている。また、この実施の形態１では、内径円弧部１３における２層の平角線４の列（この場合、１０列）は、当該平角線４の巻き数（この場合、２０巻き）の半分の数になっており、外径円弧部１２における１層の平角線４の列（この場合、２０列）は、コイル巻線部３内への平角線４の巻き数（２０巻き）に一致している。このため、外径円弧部１２における平角線４の列をカウントすることにより、当該コイル巻線部３内への平角線４の巻き数を確認することができる。
【００３０】
平角線４は断面矩形状のコイル巻線であり、この平角線４の断面積は通電される電流の大きさなどを考慮して設定されるが、その断面の横寸法は、平角線４の巻き数や外径円弧部１２および内径円弧部１３の各円弧方向の長さなどを考慮して適宜設定され、縦寸法は、コイル巻線部３の仕切壁１１の高さ、平角線４の巻回後の高さおよび平角線４の巻き数などを考慮して適宜設定される。結果として、平角線４の断面の縦横比は、縦寸法と横寸法との適切な組み合わせにより適宜設定され、例えば縦寸法を０．１５ｍｍとし、横寸法を０．９ｍｍとしてもよい。また、平角線４の導体部分は、導体として周知の金属材料などで構成することができる。
【００３１】
次に平角線４の巻回方法について説明する。
この巻回方法は、コイル巻線部３内の内径円弧部１３、第１平面部１４、外径円弧部１２および第２平面部（図示せず）を経由してポロイダル方向に平角線４を巻回する際に、コイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａから平角線４を巻き始めて他端側３ｂまで１層目の平角線４を配設する第１のステップと、コイル巻線部３内の他端側３ｂから一端側３ａへ平角線４を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線４を配設する第３のステップを含む方法である。すなわち、これら第１〜第３のステップの実施回数ｎは１であり、この場合、コイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａと他端側３ｂとの間を一往復した時点で、巻回方法は終了する。なお、この例では、平角線４の巻き数を２０巻きとして説明する。
【００３２】
第１のステップでは、コイル巻線部３の内径円弧部１３で平角線４を隣接させた状態で配設し、外径円弧部１２で平角線４を平角線４の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に配設する。具体的には、図５および図６に示すように、コイル巻線部３内の一端側３ａの仕切壁１１から平角線４の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間した位置から平角線４を巻き始める。この巻き始めの平角線４を、内径円弧部１３、第１平面部１４、外径円弧部１２および第２平面部（図示せず）を経由して巻回することにより、１列目の平角線４（図５および図６に１´で示す）を配設する。次に、内径円弧部１３で既に配設された１列目の平角線４に隣接するように平角線４を配設し、第１平面部１４で既に配設された１列目の平角線４の配設方向に対して斜め方向に配設し、外径円弧部１２で１列目の平角線４から平角線４の横寸法に相当する寸法の間隙をもって離間する位置に２列目の平角線４（図５および図６に２´で示す）を配設する。この巻回方式を順次繰り返して、３列目から９列目までの平角線４（図５および図６に３´〜９´で示す）を配設した後に、コイル巻線部３内の他端側３ｂに１０列目の平角線４（図５および図６に１０´で示す）を配設する。
【００３３】
この第１のステップにより配設された１層目の平角線４から構成された１層目コイル巻線構造体４ｂは、図１０、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、２層目の平角線４が巻回されていないことを除いて、図４〜図６のコイル巻線構造体４ａとほぼ同様に、図１２Ａに示す扇状部分と、図１１に示す断面矩形状部分とを有している。１層目コイル巻線構造体４ｂにおいては、コイル巻線部３の内径円弧部１３上で、図１２Ｃに示すように１層目の平角線４が隣接して整列されており、内径円弧部１３近傍の第１平面部１４上で、図１４Ｂに示すように隣り合う１層目の平角線４が若干離間しており、外径円弧部１２近傍の第１平面部１４上で、図１３Ｂに示すように隣り合う１層目の平角線４の離間距離が拡大しており、外径円弧部１２上で、図１２Ｂに示すように隣り合う１層目の平角線４の離間距離が平角線４の横寸法に相当するまで拡大している。
【００３４】
第１のステップを終了した後、引き続き、第２のステップに移行する。第２のステップでは、コイル巻線部３の内径円弧部１３で第１のステップにより配設された１０列の平角線４（図５および図６に１´〜１０´で示す）上に２層目の平角線４を積層し、外径円弧部１２で平角線４を第１のステップにより配設された１０列の平角線４（図５および図６に１´〜１０´で示す）の間に平角線（図５および図６に１１´〜１９´で示す）を１層目に落とし込んで配設する。具体的には、図５および図６に示すように、第１のステップにより配設された１０列目の平角線４（図５および図６に１０´で示す）を、第２平面部（図示せず）を経由して内径円弧部１３へ導き、この内径円弧部１３で１０列目の平角線４（図５および図６に１０´で示す）上に２層目の平角線４（図５および図６に１１´で示す）を積層する。この平角線４を、第１平面部１４を経由して外径円弧部１２へ導く際に、１０列目の平角線４よりも第１平面部１４でコイル巻線部３内の一端側３ａ寄りに配設方向を変えて、外径円弧部１２で既に配設された平角線４の１０列目と９列目の間に１１列目の平角線４（図５および図６に１１´で示す）を１層目に落とし込んで配設する。この巻回方式を順次繰り返して、コイル巻線部３内の一端側３ａの１列目と２列目の間に１９列目の平角線４（図５および図６に１９´で示す）を配設する。
【００３５】
この第２のステップにより、１１列目から１９列目までの平角線４（図５および図６に１１´〜１９´で示す）が配設される。すなわち、内径円弧部１３では、図８Ｃに示すように２層目の平角線４が１層目の平角線４上に積層されており、内径円弧部１３と外径円弧部１２との間の第１平面部１４では、図９Ｂに示すように２層目の平角線４が１層目の平角線４上にその配設方向に対して斜め方向に積層されており、外径円弧部１２では、図８Ｃに示すように１層、１９列の平角線４が整列している。
【００３６】
第２のステップを終了した後、引き続き、第３のステップに移行する。第３のステップでは、第１のステップにより配設された巻き始めの１列目の平角線４（図５および図６に１´で示す）と仕切壁１１との間の位置に巻き終わりの２０列目の平角線４（図５および図６に２０´で示す）を配設する。ここで、第３のステップにおける既設の平角線４に対する巻き終わりの平角線４の配設方向は、第２のステップにおける平角線４と同一の方向であるので、第２のステップから第３のステップへ移行する際には、平角線４の配設方向を変更することなく、そのまま連続して巻回を続けることができる。上述のように、第２および第３のステップにおける平角線４の配設方向は、第１のステップにおける平角線４の配設方向に対して斜め方向となっているが、両配設方向の角度差は、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）の径方向の長さ（トロイダルコア２の内径）と平角線４の横寸法によって決まる。トロイダルコア２の内径に比べて平角線４の横寸法は非常に小さいため、上記角度差も極めて小さく、平行に近い。従って、この角度差がコイル性能に与える影響も小さい。
【００３７】
このようにしてコイル巻線部３内に巻回された平角線４は、上述のコイル巻線構造体４ａを構成する。コイル巻線構造体４ａは、コイル巻線部３の外径円弧部１２、内径円弧部１３、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）に対応するすべての平角線部分で、各部の形状に従う形状となるように１層または２層の平角線４が整列している。具体的には、内径円弧部１３上に配設された２層の平角線４は、図４、図７、図８Ａおよび図８Ｃに示すように、内径円弧部１３の半径よりも僅かに小さな半径で湾曲する曲面内で円弧方向に整列しており、各層の平角線４の隣接する表面同士は面一となって一つの曲面を実質的に構成している。また、外径円弧部１２上に配設された１層の平角線４は、図４、図７、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、外径円弧部１２の半径よりも僅かに大きな半径で湾曲する曲面内で円弧方向に沿って整列しており、平角線４の隣接する表面同士は面一となって一つの曲面を実質的に構成している。さらに、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）の上で積層された２層の平角線４は、当該両平面部と平行になるように配設されており、１層目の平角線４と、この１層目の平角線４上にその配設方向に対して斜め方向に積層された２層目の平角線４とから構成されている。このため、隣り合う２層目の平角線４間には、内径円弧部１３から外径円弧部１２へ向けて徐々に拡大する微細凹部が形成されている。この微細凹部は、１層目の平角線４の表面を底面とし、平角線４の横寸法（例えば０．９ｍｍ）を最大幅とし、２層目の平角線４の縦寸法（例えば０．１５ｍｍ）を深さとするものである。このような微細凹部の深さは、平角線４の縦寸法に依存して極めて浅いことから、両平面部上の２層目の平角線４の表面と微細凹部内の１層目の平角線４の表面は、面一ではないが、一つの平面を実質的に構成している。このように構成されたコイル巻線構造体４ａは、その各平角線部分が一つの曲面または平面を構成する構造となっているので、いずれの平角線部分でも、また、全体としても、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制できる。
【００３８】
上述のコイル巻線構造体４ａは、第１〜第３のステップの実施回数ｎを１とし、内径円弧部１３、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）上に２層の平角線４を配設し、外径円弧部１２上に１層の平角線４を配設した場合であるが、ｎを２以上として形成したコイル巻線構造体であっても、上述と同様のリップル等を抑制できる。すなわち、例えば、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）上に積層された２ｎ層の平角線４における微細凹部は、２ｎ層目の平角線４が（２ｎ−１）層目の平角線４上にその配設方向に対して斜め方向に積層されることにより形成される。この微細凹部は、上述と同様に、（２ｎ−１）層目の平角線４の表面を底面とし、平角線４の横寸法（例えば０．９ｍｍ）を最大幅とし、２ｎ層目の平角線４の縦寸法（例えば０．１５ｍｍ）を深さとするものであり、２ｎ層目の平角線４の表面と（２ｎ−１）層目の平角線４の表面は一つの平面を実質的に構成するため、例えばリップル等を抑制できることになる。
【００３９】
次に、第３のステップまで終了して一つのコイル巻線部３への巻回が終了すると、図３に示すように、順次、隣接する次のコイル巻線部３へ移行して、上記と同様に平角線４を巻回する。なお、巻き終わりの平角線４は、巻き始めの平角線４が配設されたコイル巻線部３内の一端側３ａに戻るが、巻き終わりの平角線４をトロイダルコア２の内部を引き回すことで、当該コイル巻線部３内の他端側３ｂで隣接する次のコイル巻線部３の一端側３ａに導くことができる。
【００４０】
以上説明した実施の形態１によるトロイダルコイルによれば、外径と内径との比が２：１に設定されたトロイダルコア２のコイル巻線部３内の内径円弧部１３、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）の上に平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１３上に配設された２層の平角線４が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部１２の上には１層の平角線４が円弧方向に整列するように構成したことにより、コイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させることができるので、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制し、かつ、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、トロイダルコイル１全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイル１を用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００４１】
この実施の形態１によるトロイダルコイルの巻回方法によれば、外径と内径との比が２：１に設定されたトロイダルコアのコイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａから平角線４を巻き始めて他端側３ｂまで１層目の平角線４を配設する第１のステップと、コイル巻線部３内の他端側３ｂから一端側３ａへ平角線４を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線４を配設する第３のステップを１回、実施することにより、内径円弧部１３、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）の上には平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１３上に配設された２層の平角線４が円弧方向に整列するとともに、外径円弧部１２の上には１層の平角線４が円弧方向に整列するように構成したことで、コイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させることができるので、第１平面部１４および第２平面部（図示せず）を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。また、この巻回方法によれば、コイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａと他端側３ｂとを一往復する間に、平角線４をコイル巻線部３内に上述のように整列させて巻回することができるので、トロイダルコイル１を容易に得ることができる。
【００４２】
≪実施の形態２≫
図１５は本発明の実施の形態２によるボビンコイルの全体構成を示す斜視図であり、図１６は図１５のボビンコイルに用いられるボビンコアの全体構成を示す斜視図であり、図１〜図１４Ｂと同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４３】
このボビンコイル１５は、図１５に示すように、ボビンコア１６に設けられたコイル巻線部３に平角線４を巻回することにより構成されている。ボビンコア１６は、図１６に示すように、外径円弧部１７と、内径円弧部１８と、この内径円弧部１８と外径円弧部１７を連絡しかつ互いに平行に形成された扇状の第１平面部１９および第２平面部２０を有している。このボビンコイル１５は、ボビンコイル１５を偶数個、トロイダル状に連結して構成されるトロイダルコイルを構成するトロイダルコアの外内径の比を２：１に設定しているため、外径円弧部１７と内径円弧部１８との円弧方向の長さの比も２：１となっている。コイル巻線部３の一端側３ａには、外径円弧部１７、内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０を巻回するように立設された仕切壁２１ａが形成され、他端側３ｂには、当該仕切壁２１ａと同形状の仕切壁２１ｂが形成されている。これら一対の仕切壁２１ａおよび仕切壁２１ｂは、ボビンコイル１５を偶数個、トロイダル状に連結して構成されるトロイダルコイルのコア中心を基準として、例えば、実施の形態１における一定の角度範囲で放射方向に拡大して第１平面部１９および第２平面部２０を仕切ってコイル巻線部３を画定し、平角線４によるコイル巻線構造体４ａを保持するものである。また、ボビンコア１６の内部には、ボビンコア１６の軽量化を図るための空洞部２２が形成されている。この空洞部２２は、巻き終わりの平角線４のボビンコア１６内での引き回しに利用可能である。
【００４４】
次に平角線４の巻回方法について説明する。
この巻回方法は、コイル巻線部３内の内径円弧部１８、第１平面部１９、外径円弧部１７および第２平面部２０を経由して平角線４を巻回する際に、コイル巻線部３内の一端側３ａ（仕切壁２１ａ側）から平角線４を巻き始めて他端側３ｂまで１層目の平角線４を配設する第１のステップと、コイル巻線部３内の他端側３ｂから一端側３ａへ平角線４を配設する第２のステップと、巻き終わりの平角線４を配設する第３のステップを含む方法である。これら第１〜第３のステップの実施回数ｎは１であり、この場合、コイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａと他端側３ｂとの間を一往復した時点で、巻回方法は終了する。この巻回方法は、実施の形態１における平角線４の巻回方法と基本的に同一であるので、重複説明を省略する。
【００４５】
このように構成されたボビンコイル１５は、ボビンコア１６のコイル巻線部３内に図４に示したコイル巻線構造体４ａを構成してなるものである。すなわち、このボビンコイル１５には、ボビンコア１６のコイル巻線部３内の内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０の上に平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１８上に配設された２層の平角線４が円弧方向に整列し、外径円弧部１７の上に１層の平角線４が円弧方向に整列している。
【００４６】
以上説明した実施の形態２によるボビンコイルによれば、実施の形態１と同様に、外径円弧部１７と内径円弧部１８との円弧方向の長さの比を２：１に設定したボビンコア１６のコイル巻線部３内の内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０の上には平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１８上に配設された２層の平角線４が円弧方向に整列し、かつ、外径円弧部１７の上には１層の平角線４が円弧方向に整列するように構成したことにより、コイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させることができるので、第１平面部１９および第２平面部２０を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制できるので、このボビンコイル１５を用いたトロイダルコイルでは、コイル全体の磁界を安定させることができる。また、このボビンコイル１５を偶数個、トロイダル状に連結することにより、実施の形態１におけるトロイダルコイル１と同様の構成を有するトロイダルコイルを組み立てることが可能であるので、そのトロイダルコイルを用いたモータ等では、スムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００４７】
この実施の形態２によるボビンコイルの巻回方法によれば、実施の形態１と同様に、第１〜第３のステップを１回、実施することにより、外径円弧部１７と内径円弧部１８との円弧方向の長さの比を２：１に設定したボビンコア１６のコイル巻線部３内の内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０の上には平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１８上に配設された２層の平角線４が円弧方向に整列し、かつ、外径円弧部１７の上には１層の平角線４が円弧方向に整列するように構成したことで、コイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させることができるので、第１平面部１９および第２平面部２０を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。また、この巻回方法によれば、コイル巻線部３内の円弧方向の一端側３ａと他端側３ｂとを一往復する間に、平角線４をコイル巻線部３内に上述のように整列させて巻回することができるので、ボビンコイル１５を容易に得ることができる。さらに、複数のボビンコア１６に対して連続して平角線４を巻回する際に、各ボビンコア１６の内径円弧部１８または外径円弧部１７を同じ方向に配向させ、直線上に整列させた上で、この実施の形態２の巻回方法により平角線４を巻回した場合には、巻回の効率を向上させることができる。
【００４８】
≪実施の形態３≫
図１７は本発明の実施の形態３によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図であり、図１８は図１７のトロイダルコイルに用いられるトロイダルコアの全体構成を示す斜視図であり、図１９は図１７のトロイダルコアに図２０の一つのボビンコイルを組み付ける工程を示す斜視図であり、図２０は図１９に示した工程の後工程を示す斜視図であり、図１〜図１６と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４９】
このトロイダルコイル２３は、図１７に示すように、図１５のボビンコイル１５を偶数個（この例では２４個）、トロイダル状に連結することで構成された組立体である。このコイル２３に用いられるトロイダルコア２４は、図１８に示すように、半環状の１対のコア半体２４ａを連結することで構成された組立体である。１対のコア半体２４ａは、ボビンコイル１５の空洞部２２内に挿入可能な形状および大きさを有するように構成されている。
【００５０】
次にトロイダルコイルの組立方法について説明する。
まず、図１９に示すように、一方のコア半体２４ａの一端をボビンコイル１５の空洞部２２内に挿入し始め、図２０に示すように、順次、複数個のボビンコイル１５をコア半体２４ａの一端から他端まで、一定の間隔をもって配設する。次に、所定数（この例では１２個）のボビンコイル１５を配設したコア半体２４ａの端部同士を、例えば、図１８に示すように突き合せた状態で、連結することによって、ボビンコイル１５を偶数個（この例では２４個）、トロイダル状に連結したトロイダルコイル２３を容易に得ることができる。なお、ボビンコイル１５間の間隔は、トロイダルコア２４の周方向の長さ、ボビンコイル１５の大きさおよび配設数などによって適宜設定される。
【００５１】
この実施の形態３によるトロイダルコイルによれば、ボビンコア１６のコイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させて第１平面部１９および第２平面部２０を貫通する磁界の磁束密度を均一化したボビンコイル１５を偶数個、トロイダル状に連結するように構成したことにより、得られたトロイダルコイル２３全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイル２３を用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。また、得られるトロイダルコイル２３の用途などに応じて、ボビンコイル１５の配設数を適宜決定することができるので、種々のタイプのトロイダルコイル２３の組立を容易に行うことができる。
【００５２】
≪実施の形態４≫
本発明の実施の形態４による空芯コイルは、平角線４の巻回後にコアが取り除かれるため、平角線４から構成された図４〜図６のコイル巻線構造体４ａと同様の構成であるので、以下、４ａで示す。すなわち、この空芯コイル４ａは、平角線４による巻回後に取り除くコア（図示せず）に平角線４を巻回して図１０の１層目コイル巻線構造体４ｂを経て、形成される。この空芯コイル４ａの巻回方法は、最終的に当該コアを取り除くステップを経る点を除き、実施の形態１と同様の巻回方法によるものであるため、その巻回方法についての重複説明を省略する。
【００５３】
平角線４の巻回時には平角線４の成形型となり、平角線４の巻回後に取り除かれるコアとしては、例えば、仕切壁２１ａおよび２１ｂを除いた図１６のボビンコア１６の構造を好適に利用できる。そこで、このボビンコア１６を成形型とすると、空芯コイル４ａは、ボビンコア１６の外径円弧部１７、内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０の周りに平角線４が巻回され、ボビンコア１６の外形と同一形状に形成されることから、空芯コイル４ａには、上記ボビンコア１６の上記各要素にそれぞれ対応する平角線部分が形成されることになる。この空芯コイル４ａでは、図４〜図６のコイル巻線構造体４ａと同様に、ボビンコア１６の内径円弧部１８、第１平面部１９および第２平面部２０に対応する平角線部分では平角線４が２層となるように配設され、内径円弧部１８に対応する平角線部分で２層の平角線４が円弧方向に整列しており、外径円弧部１７に対応する平角線部分で１層の平角線４が円弧方向に整列している。外径円弧部１７と内径円弧部１８とにそれぞれ対応する平角線部分の平角線４の列の比は２：１になっており、外径円弧部１７と内径円弧部１８とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比は２：１になっている。
【００５４】
この実施の形態４による空芯コイルによれば、平角線４の巻回後に取り除かれるボビンコア１６の形状に従って、実施の形態１と同様の巻回方法により平角線４を巻回するように構成したことで、ボビンコア１６のコイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させて、平角線４のみから構成された空芯コイル４ａを得ることができる。この空芯コイル４ａでは、ボビンコア１６の第１平面部１９および第２平面部２０に対応する平角線部分を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。これにより、例えば、リップル、コギングおよび表面効果等を抑制できるので、この空芯コイル４ａを連結して構成されたトロイダルコイル全体の磁界を安定させることができ、このトロイダルコイルを用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。
【００５５】
この実施の形態４による空芯コイルの巻回方法によれば、平角線４の巻回後に取り除かれるコアの形状に従って、実施の形態１と同様に、第１〜第３のステップを１回、実施することにより、コアの内径円弧部、第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分では平角線４が２層となるように配設され、コアの内径円弧部に対応する平角線部分では円弧方向に整列し、コアの外径円弧部に対応する平角線部分では１層の平角線４が円弧方向に整列し、コアの外径円弧部と内径円弧部とにそれぞれ対応する平角線部分の円弧方向の長さの比が２：１に設定されるように空芯コイル４ａを構成したことで、コイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させることができるので、コアの第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分を貫通する磁界の磁束密度を均一化することができる。また、この巻回方法によれば、平角線４の巻回後に取り除かれるコアのコイル巻線部内の円弧方向の一端側と他端側とを一往復する間に、平角線４をコイル巻線部内に上述のように整列させて巻回することができるので、空芯コイル４ａを容易に得ることができる。
【００５６】
≪実施の形態５≫
図２１は本発明の実施の形態５によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図であり、図２２は図１８のトロイダルコアに空芯コイル（コイル巻線構造体）を組み付ける工程を示す斜視図であり、図２３は図２２に示した工程の後工程を示す斜視図であり、図１〜図２０と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００５７】
このトロイダルコイル２５は、図２１に示すように、空芯コイル４ａを偶数個（この例では２４個）、トロイダル状に連結することで構成された組立体である。トロイダルコイル２５に用いられるコアとしては、図１８のトロイダルコア２４を好適に利用できる。１対のコア半体２４ａは、図４の空芯コイル４ａの空洞部２６内に挿入可能な形状および大きさを有するように構成されている。
【００５８】
次にトロイダルコイルの組立方法について説明する。
まず、図２２に示すように、一方のコア半体２４ａの一端を空芯コイル４ａの空洞部２６内に挿入し始め、例えば、図２０に示すように、順次、複数個の空芯コイル４ａをコア半体２４ａの一端から他端まで、一定の間隔をもって配設する。次に、所定数（この例では１２個）の空芯コイル４ａを配設したコア半体２４ａの端部同士を、図１８に示すように突き合せた状態で、連結することによって、空芯コイル４ａを偶数個（この例では２４個）、トロイダル状に連結したトロイダルコイル２５を容易に得ることができる。なお、空芯コイル４ａ間の間隔は、トロイダルコア２４の周方向の長さ、空芯コイル４ａの大きさおよび配設数などによって適宜設定される。
【００５９】
この実施の形態５によるトロイダルコイルによれば、平角線４の巻回後に取り除かれるコアのコイル巻線部３に露出部分を形成することなく、コイル巻線部３全体に平角線４を整列させて当該コアの第１平面部および第２平面部に対応する平角線部分を貫通する磁界の磁束密度を均一化した空芯コイル４ａを複数個、トロイダル状に連結するように構成したことにより、得られたトロイダルコイル２５全体の磁界を安定させることができるので、このトロイダルコイル２５を用いたモータ等をスムーズに回転させ、かつ、モータ等の高周波性能を向上させることができる。また、得られるトロイダルコイル２５の用途などに応じて、空芯コイル４ａの配設数を適宜決定することができるので、種々のタイプのトロイダルコイル２５の組立を容易に行うことができる。
【００６０】
以上のように、実施の形態１乃至５では、各コアのコイル巻線部に対して平角線を巻回する際に実施される第１のステップ、第２のステップおよび第３のステップの実施回数ｎを１とした場合の例示であり、本発明に係るトロイダルコイルは、ｎを１とした場合に限定されることなく、ｎを２以上とする場合、すなわち、当該三つのステップを２回以上、繰り返すことにより構成することができる。その場合には、外径円弧部上にｎ層（２層以上）の平角線が配設されるとともに、内径円弧部、第１平面部および第２平面部上に２ｎ層（４層以上）の平角線が配設されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のトロイダルコイルに用いられるトロイダルコアの全体構成を示す斜視図である。
【図３】図２のトロイダルコアのコイル巻線部内に平角線をポロイダル方向に巻回する過程を示す斜視図である。
【図４】図３の一つのコイル巻線部内に巻回された平角線によるコイル巻線構造体を示す斜視図である。
【図５】図４の矢印Ａ方向から視た矢視図である。
【図６】図４の矢印Ｂ方向から視た矢視図である。
【図７】図４の矢印Ｃ方向から視た斜視図である。
【図８Ａ】図７のＤ−Ｄ線で切断して示す断面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＥ部分を拡大して示す断面図である。
【図８Ｃ】図８ＡのＦ部分を拡大して示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは図７のＧ−Ｇ線で切断して示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図９ＡのＨ部分を拡大して示す断面図である。
【図１０】図４のコイル巻線構造体のうち、１層目の平角線を巻回した段階での構造（１層目コイル巻線構造体）を示す斜視図である。
【図１１】図１０の矢印Ｉ方向から視た矢視図である。
【図１２Ａ】図１１のＪ−Ｊ線で切断して示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＫ部分を拡大して示す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＬ部分を拡大して示す断面図である。
【図１３Ａ】図１１のＭ−Ｍ線で切断して示す断面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＮ部分を拡大して示す断面図である。
【図１４Ａ】図１１のＯ−Ｏ線で切断して示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＰ部分を拡大して示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２によるボビンコイルの全体構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５のボビンコイルに用いられるボビンコアの全体構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態３によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７のトロイダルコイルに用いられるトロイダルコアの全体構成を示す斜視図である。
【図１９】図１７のトロイダルコアに図２０の一つのボビンコイルを組み付ける工程を示す斜視図である。
【図２０】図１９に示した工程の後工程を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態５によるトロイダルコイルの全体構成を示す斜視図である。
【図２２】図１８のトロイダルコアに空芯コイル（コイル巻線構造体）を組み付ける工程を示す斜視図である。
【図２３】図２２に示した工程の後工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、２３、２５  トロイダルコイル
２、２４  トロイダルコア
３  コイル巻線部
３ａ  コイル巻線部の一端側
３ｂ  コイル巻線部の他端側
４  平角線
４ａ  コイル巻線構造体（空芯コイル）
４ｂ  １層目コイル巻線構造体
５  外環部
６  内環部
７  外周面部
８  中心穴
９  内周面部
１０  平面部
１１、２１ａ、２１ｂ  仕切壁
１２、１７  外径円弧部
１３、１８  内径円弧部
１４、１９  第１平面部
１５  ボビンコイル
１６  ボビンコア
２０  第２平面部
２２、２６  空洞部
２４ａ  コア半体
１´〜１０´  １列目〜１０列目の平角線
１１´〜２０´  １１列目〜２０列目の平角線
【図１】
2012244840.tif 000003
【図２】
2012244840.tif 000004
【図３】
2012244840.tif 000005
【図４】
2012244840.tif 000006
【図５】
2012244840.tif 000007
【図６】
2012244840.tif 000008
【図７】
2012244840.tif 000009
【図８Ａ】
2012244840.tif 000010
【図８Ｂ】
2012244840.tif 000011
【図８Ｃ】
2012244840.tif 000012
【図９Ａ】
2012244840.tif 000013
【図９Ｂ】
2012244840.tif 000014
【図１０】
2012244840.tif 000015
【図１１】
2012244840.tif 000016
【図１２Ａ】
2012244840.tif 000017
【図１２Ｂ】
2012244840.tif 000018
【図１２Ｃ】
2012244840.tif 000019
【図１３Ａ】
2012244840.tif 000020
【図１３Ｂ】
2012244840.tif 000021
【図１４Ａ】
2012244840.tif 000022
【図１４Ｂ】
2012244840.tif 000023
【図１５】
2012244840.tif 000024
【図１６】
2012244840.tif 000025
【図１７】
2012244840.tif 000026
【図１８】
2012244840.tif 000027
【図１９】
2012244840.tif 000028
【図２０】
2012244840.tif 000029
【図２１】
2012244840.tif 000030
【図２２】
2012244840.tif 000031
【図２３】
2012244840.tif 000032