JP2009171798A

JP2009171798A - コイル

Info

Publication number: JP2009171798A
Application number: JP2008009923A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yagi; 学屋宜
Original assignee: A-WING INTERNATIONAL CO Ltd; WING INTERNAT CO Ltd A
Current assignee: A-WING INTERNATIONAL CO Ltd; WING INTERNAT CO Ltd A
Priority date: 2008-01-19
Filing date: 2008-01-19
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】巻き線作業を必要とせず、製造が容易で安定した発電出力が得られるコイルを提供する。
【解決手段】円板状の銅薄板の周方向に複数の矩形透過孔部を一定の間隔で形成し、該矩形透過孔部を回避して環状の波型コイルパターンを形成すると共に、中央部に透孔孔部を形成し電気絶縁性樹脂を塗布して複数積層させて積層板とし、該積層板の前記コイルパターンの端部をそれぞれ積層方向で接続すると共に、この積層板をそれぞれ所定の角度となるように回転させてさらに三層に積層し、該三層の積層板の表裏の積層板に形成された矩形透過孔部の周方向に接する波型コイルパターンをそれぞれ中央積層板の矩形透過孔部位置へ垂直方向に窪ませて同一平面状に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに関しとくにコアレス発電機用或いはモーター用のコイルに関するものである。

従来より、風力発電等に使用されるコアレス発電機や各種のモーター用のコイルとして、棒状のコア（鉄芯）にコイルを長い円筒状に巻いた電機子コイルを有するものが多用されている。しかし、コア入りの電機子コイルは、コアと永久磁石との間において互いに引き合う力が生じ、回転に必要なトルクが大きくなり、低風速時には発電出力が低下する問題点が有った。

そこで、風車の回転軸部側に結合され、前記波形部に対応する複数組の平板形状の界磁石と対向し、波形部をもつ様に環状の平板形状に巻かれたコアレスの電機子コイルからなるアウターロータ形コアレス発電機用コイルが提案されている（特許文献１参照。）。

特願２０００−２８７４２６号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案されているコアレス発電機用コイルは、コア（鉄芯）よるトルクの増大や、低風速時における発電出力の低下は解消されるものの、電機子コイルが環状の平板形状に巻かれて作成されているため、コイルの品質にバラツキがあるという問題点があった。しかも、発電出力を増大させるためには、前記平板形状の界磁石の径を大きくする必要があり、必然的にコアレス発電機用コイルが大型化しコストアップとなるという問題点もあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、円板状の銅薄板を金型によるプレス加工によって波型コイルパターンを形成し、電気絶縁性樹脂を塗布して複数積層させて積層板とし、さらにこの積層板を所定の角度に回転させて更に積層し、プレス加工によって電機子を成形することで品質が安定すると共に、界磁極間で挟持される隙間を狭くすることができ、しかも小型で発電効率を向上させることが可能となるコイルを提供することを目的とする。

このため本発明のコイルは、円板状の銅薄板の周方向に複数の矩形透過孔部を一定の間隔で形成し、該矩形透過孔部を回避して環状の波型コイルパターンを形成すると共に、中央部に透孔孔部を形成し電気絶縁性樹脂を塗布して複数積層させて積層板とし、該積層板の前記波型コイルパターンの端部を積層方向で接続して連続するコイルパターとすると共に、この積層板をそれぞれ所定の角度となるように回転させてさらに三層に積層し、該三層の積層板の表裏の積層板に形成された波型コイルパターンの矩形透過孔部の周方向に接する波型コイルパターンを、中央層の積層板の矩形透過孔部位置へ夫々垂直方向に窪ませて同一平面状に形成したことを第一の特徴とする。

また、前記円板状の銅薄板に成形した複数の矩形透過孔部と、該透過孔部の周囲に形成した波型コイルパターンは、金型によるプレス加工によって形成して構成したことを第二の特徴とする。

そして、前記積層板は、環状の波型コイルパターンを形成した複数の銅薄板を表裏逆に交互に積層したことを第三の特徴とする。

さらに、前記複数の積層板を積層して形成した積層体を耐熱樹脂にて封止したことを第四の特徴とする。

本発明のコイルによれば、、円板状の銅薄板の周方向に複数の矩形透過孔部を形成し、該透過孔部を回避して環状の波型コイルパターンを形成し、さらに中央部に透孔孔部を形成した前記銅薄板に電気絶縁性樹脂を塗布して複数積層するため、従来の銅線を使用するコイル巻き作業を全く必要とせず、しかも均一な品質のコイルが作成できるという優れた効果を有する。

しかも、前記複数の積層板に形成した波型コイルパターンをそれぞれ前記矩形透過孔部において垂直方向に窪ませて同一平面状に形成し、さらに形成した積層体を耐熱樹脂にて封止したため、コイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上するという優れた効果を有する。

そして、環状の波型コイルパターンを形成した複数の銅薄板を表裏逆に交互に積層しているため、電流の流れ方向が一定となるという効果を有する。

以下、本発明のコイルを一実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明のコイルの一実施例を示す説明図、図２は本発明のコイルに使用する銅薄板の製造工程を示す説明図、図３は図２の裏面図、図４は本発明のコイルの製造工程を説明する説明図である。

図１は、本発明のコイル１を示す説明図であり、図１ａは側面図、図１ｂは平面図である。図に示すように本発明のコイル１は平面視ドーナツ状に形成されており、３枚の積層板２を積層して構成され、中央には円形の透過孔部３が形成されている。この積層板２は後述する複数の銅薄板を積層して構成されており、金型によって波型コイルパターンが形成されている。またコイル１は耐熱樹脂４によって封止され、コイル１の外周面からは接続用端子（図示せず）が設けられている。そして、表裏２枚の積層板２の表面には周方向に環状に窪み部５が形成され、この窪み部５と中央の積層板２とが同一平面になるように構成されている。

この構成からなるコイル１をインナーロータ型発電機に使用すると、コイル１を表裏から挟持して配置する永久磁石を上記窪み部５の位置において回動させることができるため、コイル１を挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率を向上させることができる。また、コイル１を構成する積層板２は金型による打ち抜きによって形成された複数の銅薄板で構成されているため、常に一定の品質が得られる。

次に、図１乃至図４を使用してコイル１の製造工程を説明する。図２は電気絶縁樹脂（図示せず）を塗布した銅薄板６を示しており、図２ａは平面図、図２ｂは側面図、図３は図２の裏面を示し、図４は３枚の積層板２を夫々一定の角度を付けた状態を示している。まず厚さ０．５ｍｍの銅板を金型を使用して打ち抜き、円板形状の銅薄板６とする。この際、予め周方向に複数の矩形透過孔７と、中央に円形の透過孔部３と、矩形透過孔７を回避して環状の波型コイルパターン８とが金型にて同時に形成される。次に電気絶縁樹脂を銅薄板６の表面全体に塗布し乾燥させる。尚、銅薄板６に形成された波形コイルパターン８の末端位置の表裏には接合部９が夫々形成され、後述する積層板２の作成の際に使用される。

この銅薄板６を表裏逆に複数交互に積層して耐熱接着剤（図示せず）によって接合し、接合部９同士を圧着して、上述した積層板２が形成される。この工程によって、波型コイルバターン８は銅薄板６の積層方向に対して連続した回路が形成される。尚、本実施例においては１０枚の銅薄板６を積層した。

次に図４を使用して積層板２によるコイル１の製造工程を説明する。図４ａ、図４ｂ、図４ｃは夫々積層板２の平面図、また図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは側面図を示しており、積層板２を夫々一定の角度で回転させた状態を示している。まず図４ａと図４ｃの積層板２の矩形透過孔７の周方向に接する波型コイルパターン８をプレス金型によって上下方向に窪ませる。この際プレス金型による窪み深さは、夫々積層板２の厚みと同一とされる。そして図４ｂの積層板２を中央に配置して図４ａと図４ｃの積層板２を夫々上下に積層して耐熱接着剤（図示せず）によって接合し、３枚の積層板２の矩形透過孔７の周方向に接する波型コイルパターン８が矩形透過孔７の位置で周方向で同一平面となるコイル１が形成される。さらに、コイル１は耐熱樹脂４によって封止される。

次に図５乃至図７に従って、本発明のコイルを使用したインナーロータ型コアレス発電機を説明する。図５は本発明のコイルを使用した発電機の一実施例を示す斜視図、図６（ａ）は図５の平面図、図６（ｂ）は図５の縦断面説明図、図７は図５の構成を説明する断面構成説明図である。図に示すように、発電機１１は、回転軸１２を嵌入し回転可能に保持した円板形状を有する一対の外側界磁極１３と、一対の外側界磁極１３に挟持された３個の中孔円板形状を有する電機子１４と、電機子１４と交互に配置され回転軸１２を嵌入する２個の内側界磁極１５と、回転軸１２を挿通し電機子１４を外周面で保持するする外ケース１６とから構成され、回転軸１２の回転による界磁極１３、１５の回転によって電機子１４のコイル１７に誘導電流が発生し発電する。

外側界磁極１３・１３は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー１９と、ホルダー１９の片面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、永久磁石２０をホルダー１９と接続する磁石ホルダー２１とからなり、夫々永久磁石２０を対向して配置され、対向する永久磁石２０の磁極はそれぞれ逆とされる。また、内側界磁極１５・１５は、回転軸１２を嵌入する中央孔部１８を有する段付き円板形状のホルダー２２と、ホルダー２２の両面の外縁近傍に周方向に磁極を交互に入れ替えて配置された複数の永久磁石２０と、から構成され、電機子１４と交互に積層されて回転軸１２を嵌入される。さらに、電機子１４の外周部は２枚のアルミ製ホルダー２６によって挟持して保持されている。尚、ホルダー１９、２２はいずれもアルミ若しくはアルミ合金にて形成されている。

外ケース１６は、中央部に回転軸１２を回転可能に保持するベアリング２３が設けられ、上記した界磁極１３、１５及び電機子１４をスペーサー２４を介して挟持する。また、回転軸１２は円筒状に成形された鋼製部材からなり、外ケース１６のベアリング２３及び上記界磁極１３、１４を嵌入して保持される。そして、外ケース１６の外縁部に設けられた取り付け孔にボルトによって、上記した磁極１３，１５及び電機子１４が積層して取り付けられる。

上記の構成からなる本発明のコイルを使用する発電機によれば、複数の界磁極と電機子を回転軸方向に交互に積層して構成するため、高出力の発電を行なうことが可能となり、しかも界磁極の径を大きくすることがないため小型化が図れ、さらに界磁極と電機子を規格化することで、コストを軽減することができる。しかも平板上に成形した電機子表面の永久磁石と対向する部分が周方向で窪ませてあり、永久磁石からなる界磁極同士の間隔を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する。さらに平板上に形成した電機子と、平板状のホルダーに永久磁石を配置した界磁極を回転軸方向に複数積層して発電機を構成することができ、小型で低コストであり、しかも出力の大きな発電機が得られる。

以上本発明によるコイルは、環状の波型コイルパターンを形成した複数の銅薄板を積層して構成したため、コイル巻き作業を全く必要とせず、均一な品質のコイルが作成できる。しかも矩形透過孔部において複数の積層板に形成した波型コイルパターンをそれぞれ垂直方向に窪ませて同一平面状に形成し、さらに形成した積層板を耐熱樹脂にて封止したため、コイルを挟んで対向する界磁極間を狭くすることが可能となり、発電効率が向上する

本発明のコイルの一実施例を示す説明図である。本発明のコイルに使用する銅薄板の製造工程を示す説明図である。図２の裏面図である。本発明のコイルの製造工程を説明する説明図である。本発明のコイルを使用した発電機の一実施例を示す斜視図である。図５の平面図及び縦断面説明図である。図５の構成を説明する断面構成説明図である。

符号の説明

１コイル
２積層板
３透過孔部
４耐熱樹脂
５窪み部
６銅薄板
７矩形透過孔
８波型コイルバターン
９接合部
１１発電機
１２回転軸
１３外側界磁極
１４電機子
１５内側界磁極
１６外ケース
１７コイル
１８中央孔部
１９、２２、２６ホルダー
２０永久磁石
２１磁石ホルダー
２３ベアリング
２４スペーサー

Claims

円板状の銅薄板の周方向に複数の矩形透過孔部を一定の間隔で形成し、該矩形透過孔部を回避して環状の波型コイルパターンを形成すると共に、中央部に透孔孔部を形成し電気絶縁性樹脂を塗布して複数積層させて積層板とし、該積層板の前記波型コイルパターンの端部を積層方向で接続して連続したコイルパターンとすると共に、この積層板をそれぞれ所定の角度となるように回転させてさらに三層に積層し、該三層の積層板の表裏の積層板に形成された波型コイルパターンの矩形透過孔部の周方向に接する波型コイルパターンを、中央層の積層板の矩形透過孔部位置へ夫々垂直方向に窪ませて同一平面状に形成したことを特徴とするコイル。
前記円板状の銅薄板に成形した複数の矩形透過孔部と、該透過孔部を回避して形成した環状の波型コイルパターンは、金型によるプレス加工によって形成したことを特徴とする請求項１記載のコイル。
前記積層板は、環状の波型コイルパターンを形成した複数の銅薄板を表裏逆に交互に積層したことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル。
前記複数の積層板を積層して形成した積層体を耐熱樹脂にて封止したことを特徴とする請求項１又は３に記載のコイル。