JP2016127628A - コアレスコイル及びその製造方法並びにそれを用いた永久磁石型回転機とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁束を構成する一方の永久磁石あるいはマグネットヨークを囲繞可能とする軸平面コ形のコアレスコイル１を提供する。また、小型・軽量・高出力・高効率が可能な永久磁石型回転機を提供する。
【解決手段】周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下に分割された複数のセパレートコイル２によって構成され、各セパレートコイル２は、永久磁石のＮ極側に対応する磁束鎖交部３Ｎと、永久磁石のＳ極側に対応する磁束鎖交部３Ｓ’と、前記Ｎ極側磁束鎖交部３Ｎと前記Ｓ極側磁束鎖交部３Ｓの導体を繋ぐ渡り線部４とを有し、複数の前記セパレートコイル２を周方向に連結することによって、軸平面形状コ形のコイルを構成するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータや発電機等に組込まれるコアレスコイル及びその製造方法並びにそれを用いた永久磁石型回転機とその製造方法に関するものである。更に詳述すると、本発明はラジアル型あるいはアキシャル型の永久磁石型回転機のステータコイルあるいはロータコイルとして有用なコアレスコイル及び製造方法並びにそれを用いた永久磁石型回転機とその製造方法に関するものである。

コアレスコイルは、例えば、ロータコイルあるいはステータコイルとしてラジアル方向（径方向）に対向させて配置された外側の永久磁石と内側の永久磁石との間（磁気ギャップ部）に挿入され、永久磁石とコアレスコイルとをラジアル方向に僅かなギャップを隔てて対向するように組み込まれて永久磁石ラジアル型回転機（電動機又は発電機）を構成することが知られている。このコアレスコイルは、ステータコイルとして用いられる場合でも、あるいはロータコイルとして用いられる場合でも、その内方に磁気回路（永久磁石あるいは界磁ヨーク）を収容するために、筒形あるいはカップ形に形成されており、ロータシャフトあるいは発電機ケース本体などに片持ちで支持されている。尚、本明細書においては、対向させて配置されている一対の永久磁石の間のギャップ（磁気的空隙）に配置されている導体領域（トルク発生あるいは発電に寄与する有効コイル領域）を磁束鎖交部と呼び、ギャップの外に配置されて永久磁石と重ならない導体領域（トルク発生あるいは発電に寄与しないコイル端領域）を渡り線部と呼ぶ。

従来の永久磁石ラジアル型回転機（電動機又は発電機）のコアレスコイルは、シリンダ形（あるいはカップ形）に構成してロータコイルあるいはステータコイルとしてギャップに挿入されるように組み込まれている。ここで、永久磁石ラジアル型回転機のコアレスコイルは、界磁を形成する内ロータ磁石と外ロータ磁石との間のギャップに挿入する構造を採用しているため、コイルの厚さは、少なくとも界磁と交差する巻線部分・磁束鎖交部においては界磁のギャップの寸法より小さく、かつ積層したコイルの厚さの一部でもギャップの大きさを越えないようにする必要がある。

このため、従来のコアレスコイルとしては、渡り線を必要としないスキュー巻きが採用されている。ところが、スキュー巻きは、コイルの回転方向に対し巻線が直角に位置しないことから、マイナスのトルクを生じることがあり、同一体積の理想的に巻いたコイルが発生するトルクより小さなトルクしか得られないという欠点がある。つまり、スキュー巻きは、コイル端領域での線の重複による耳状の渡り線部の形成を避けるという構造を採用した結果、効率の面で犠牲をはらう結果となっている。このことは、効率が悪くても組立の容易さを優先させる比較的小容量の回転電機であれば、問題ない。しかし、例えば電気自動車の駆動、制動用の回転電機のような用途においては、比較的大容量であるため効率の低いことは致命的な欠点となるからスキュー巻きは採用できない。

他方、磁束鎖交部の巻線をロータシャフトに平行に巻き、両端に渡り線を設けるカップ状あるいはシリンダ状のコアレスコイルでは、線が重なり体積が増す両端の渡り線の部分が耳朶のように垂れ下がる耳部を形成するという問題を有している。そこで、耳部の厚さよりも広いギャップを採らなければ、予め組み立てられた内ロータ磁石と外ロータ磁石との間のギャップにコイルを組み込むことはできない。このため、ギャップが耳部の厚さよりも広がる（磁束鎖交部のコイルの厚さよりも遙かに広がる）ことで、鎖交磁束が減少してモータの効率が低下する問題がある。しかも、ラジアル方向のスペースも必要となりコアレス回転機の小型化を妨げる。また、鎖交磁束を増やすためギャップの広さを磁束鎖交部のコイルの厚みよりも僅かに広いものとすれば、ギャップより大きな寸法の渡り線の耳部が邪魔するため、ギャップを構成した状態即ち外側の永久磁石と内側の永久磁石（あるいはいずれか一方が永久磁石で他方が界磁ヨークの組み合わせ）とを組み立てた状態では、コアレスコイルを組み込むことできない。

そこで、カップ状コイルの界磁ギャップ部の巻線をロータシャフトに平行に巻き、両端の渡り線により構成される耳部の一方が界磁ギャップ部の寸法より小さく、他方が大きくなることを許容する構造とし、外側マグネットヨークの内側に永久磁石を固定した外側ヨーク組立体をロータに固定し、次にコイルを電機に装着して固定した後、内側ヨークを挿入してロータに固定して組み立てる回転電機の構造及び製造方法が提案されている（特許文献１）。これにより、コアレス型電動機等の回転電機において、界磁ギャップ部分の巻線部を軸と平行に配置し、かつ界磁ギャップ長より大きな寸法の渡り線耳部を形成しても、界磁ヨークを分割してコイル組み込み後に組み立てることを可能としている。

特開平６−７０５２２号公報

しかしながら、特許文献１記載のコアレス型回転機においても、コアレスコイルをカップ形あるいはシリンダ形にすることによって、コイル内に界磁束を構成する永久磁石あるいは界磁ヨークを軸方向から挿入可能とする構造であることには変わりなく、コアレスコイルを片持ちで支持することとなる。このため、コアレスコイルの機械的強度、機械的支持強度が不足することから、支持が安定しないという問題がある。

また、コアレスコイルは巻心が存在しないために、コア（積層鉄心）を巻心として導体を巻き付ける巻線作業に比べて加工し難く、太い導体を用いることが難しい。また、従来のコアレスコイルは、専用巻線機を使って導体を巻き上げ、その後に接着剤で固めて一体に成形しているので、コイル自体で必要な強度が得られない場合もあり、コイルとしての機械的強度が弱い。この観点からも太い導体が使えない。このため、従来のコアレスコイルは、通常０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ前後、太くても０．８ｍｍ程度の直径の銅線しか使用できず、回転機の出力に限界があり、一般に１５０Ｗ程度の小型のモータしか実用化されていない。

しかも、コアレスコイルが接着剤によって固められるため、放熱性が悪くなるという問題を有する。

また、永久磁石アキシャル型（面対向型）回転機の場合にも、薄型化を図るため、プリント基板にエッチングによりコイルを形成したディスク型コアレスコイルが用いられているが、ワイヤを巻いたものに比べて大出力が得られないという問題を有している。

また、従来の一般的なカップ型あるいはシリンダ型のコアレスコイルの場合には、渡り線部分がロータシャフトに対して平行に引き出されてコアレスコイル全長が軸方向へ長くなることから、小型化に制約を受ける問題がある。また、特許文献１記載の発明にかかるコアレスコイルにおいても、磁束鎖交部の導体の両端に膨らんだ耳部が径方向外側及び内側へはみ出るため、軸方向並びに外径方向の双方の寸法が大きくなり、回転機としての小型化に制約を受けることは同様である。

さらに、専用巻線機の開発と設備投資を必要とする。

本発明は、界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを囲繞可能とする軸平面コ形のコアレスコイルとその製造方法並びにそれを用いる永久磁石型回転機とその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、小型・軽量・高出力・高効率が可能な永久磁石型回転機及びその製造方法を提供することを目的とする。

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、周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下に分割された複数のセパレートコイルによって構成され、各セパレートコイルは、永久磁石のＮ極側に対応する磁束鎖交部と、永久磁石のＳ極側に対応する磁束鎖交部と、Ｎ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部の導体を繋ぐ渡り線部とを有し、複数のセパレートコイルを周方向に連結することによって、軸平面形状コ形のコイルを構成するようにしている。

ここで、セパレートコイルは、周方向にずらして互いに入り込ませがら組み合わせる入れ子構造にすることが好ましい。

また、セパレートコイルには、該コイルを構成する導体を内側から支持して固定するコイルケースを備えることが好ましい。

さらに、セパレートコイルは、内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつロータシャフトと平行に巻かれている外周縁部分の導体によってロータシャフトの径方向に形成される界磁束が通過する磁束鎖交部を構成し、渡り線部がロータシャフトと直交する面に沿って磁束鎖交部の導体の両端で径方向内側に折り曲げられかつ周方向に引き回されてロータシャフト周辺を迂回し、磁束鎖交部と渡り線部とが軸平面でコの字形を成すものであることが好ましい。

さらに、セパレートコイルは、内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつロータシャフトと平行な界磁束が通過するＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部とがロータシャフトと直交する２つの面のそれぞれに形成され、かつこれらＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部の導体を繋ぐ渡り線部がＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部の径方向内側でロータシャフトと交わる面に沿って求心方向並びに周方向に引き回されてロータシャフトの周辺を迂回するように配線される内側渡り線部と、Ｎ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部の径方向外側で内ロータ磁石に跨がるような軸平面形状コの字形に形成されている外側渡り線部とによって構成されていることが好ましい。

また、コイルケースは、Ｎ極側磁束鎖交部及びＳ極側磁束鎖交部を収容する磁束鎖交部溝領域と、渡り線が収容される渡り線溝領域とを有するコイル位置決め溝を備えるものであり、予め巻回されたセパレートコイルをコイル位置決め溝に嵌め込んで固定するものである。

また、コイルケースは、導体を巻回するための位置を導く複数本の導体ガイド溝によって、Ｎ極側磁束鎖交部及びＳ極側磁束鎖交部を収める磁束鎖交部溝領域と、渡り線を収める渡り線溝領域とを有するコイル位置決め溝を備えるものであり、導体を導体ガイド溝に沿って押し込むように巻き付けることによって当該コイルケースを巻芯としてセパレートコイルが巻回されるものである。

また、セパレートコイルには、複数のセパレートコイルを相互に周方向に組み合わせて連結するための締結用ボルトを通す孔あるいはねじ孔を渡り線部の配線の間あるいは配線の外の領域に設けることが好ましい。

また、セパレートコイルを構成する導体は複数本であり、これら複数本の導体をコイル巻始めと巻き終りとの端末を利用して並列あるいは直列接続可能とすることが好ましい。

また、本発明にかかるセパレートコイルの製造方法は、内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつ導体を巻回するための位置を導く複数本の導体ガイド溝によってＮ極側磁束鎖交部及びＳ極側磁束鎖交部を収める磁束鎖交部溝領域と渡り線を収める渡り線溝領域とを形成するコイル位置決め溝を構成しかつ機械角で１８０°以下の扇形を成す軸平面形状コ形のコイルケースを巻心とし、導体を導体ガイド溝に沿って押し込みながら導体ガイド溝に沿って巻き付けることによってＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部及びこれらを繋ぐ渡り線部を巻回するようにしている。

また、本発明にかかる永久磁石型回転機は、請求項１１記載の請求項１から９のいずれか１つに記載のコアレスコイルをステータコイルあるいはロータコイルとして用いることを特徴とする。

さらに、本発明にかかる永久磁石型回転機の製造方法は、ステータコイルと、ステータコイルの外側に位置する外ロータ磁石とステータコイルの内側に位置する内ロータ磁石とを有する永久磁石型回転機において、請求項１から８のいずれか１つに記載のコアレスコイルを構成する複数のセパレートコイルを内ロータ磁石を挟んで組み合わせて周方向に連結することによって内ロータ磁石を囲む中が空洞の円環状箱形のステータコイルを構成し、その後外ロータ磁石を軸方向から挿入してステータコイルの外側に配置させることにより組み立てるようにしている。

請求項１記載のコアレスコイルは、周方向に少なくとも２分割され機械角で１８０°以下に分割された軸平面形状コ形の複数のセパレートコイルを周方向に連結することによって円環状箱形のコアレスコイルが構成されるようにしているので、界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを挟むように組み立てることで、箱形のコイル内に界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを収めることができる。即ち、界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを囲繞する軸平面形状コ形の円環状箱形のコアレスコイルを構成できる。

したがって、請求項１記載のコアレスコイルによれば、ギャップを必要最小限にすることができるので、鎖交磁束の減少を防いで回転機の高効率化を実現することができる。しかも、ラジアル方向並びに軸方向の双方においてコアレスコイルの寸法を最小限のものにすることができるので、回転機の小型化・軽量化を可能とする。さらに、組み立てられたコアレスコイルは軸平面形状コ形の円環状箱形を成すため、機械的強度を有すると共に両持ち支持となって機械的支持強度が高くなるので、太い導体が使用できることから、高出力にすることが可能となる。

請求項２記載のコアレスコイルによれば、入れ子構造とすることで複数のセパレートコイルが磁束鎖交部を除いて渡り線部分が重ねられて連結されることから、より沢山の導体をギャップに巻くことができるので、電圧を大きくすることによりさらに出力を高め得る。また、周方向に均一に磁束鎖交部が配置できるので、変動の少ない（斑のない）出力あるいは滑らかな回転が得られる。

請求項３記載のコアレスコイルによれば、コイル同士を接着剤で固めるだけよりも、コイルケースの裏打ちによってコイルとしての機械的強度が増すので、太い導体の使用が可能となり、高出力・高効率が可能となる。また、必要に応じてコアレスコイルを大型化させることも可能となる。

請求項４記載のコアレスコイルによれば、ラジアル型回転機において、ギャップを最小限にして鎖交磁束の減少を防いでモータの高効率化を実現すると共に、組み立てられたコアレスコイルが軸平面形状コ形の円環状箱形を成すため、コイルの機械的強度が高くなることから太い導体も使用可能となり、高出力にすることが可能である。しかも、ラジアル方向並びに軸方向のコアレスコイルの寸法を最小限のものとして、回転機の小型化・軽量化を可能とする。即ち、導体が重複して嵩張る渡り線部をＮ極側磁束鎖交部及びＳ極側磁束鎖交部の両端において径方向内側に折り曲げて、界磁束を構成する一方の永久磁石あるいはマグネットヨークを囲繞する軸平面形状コ形の円環状箱形のコアレスコイルを構成できるので、磁束鎖交部の導体が最外径（径が大きい）部分となり、その外側に同心状の他方の永久磁石あるいは界磁ヨークを配置することで、磁束鎖交部のコイルの厚みよりも僅かに広い必要最小限のギャップとなるラジアル型回転機が構成できる。

請求項５記載のコアレスコイルによれば、アキシャル型回転機において、ギャップを最小限にして鎖交磁束の減少を防いでモータの高効率化を実現すると共に、組み立てられたコアレスコイルが軸平面形状コ形の円環状箱形を成すため、コイルの機械的強度が高くなることから太い導体も使用可能となり、高出力にすることが可能である。しかも、軸方向に界磁束を構成する２組の永久磁石あるいは界磁ヨークとその間に配置される磁束鎖交部並びに外側渡り線部とが必要最小限の寸法にできるので、回転機の小型化・軽量化を可能とする。

請求項６記載のコアレスコイルによれば、機械巻などで予め巻回されたセパレートコイルをコイルケースのコイル位置決め溝に嵌め込んで固定することにより、セパレートコイルを組み立てる時に組み立て作業が容易になると共にコイルの角度・位置決めの精度が出し易くなる。しかも、容易にセパレートコイルの機械的強度を高くすることができるので、太い導体の使用が可能となり高出力・高効率が可能となると共に、必要であればコアレスコイルの大型化も可能となる。

請求項７記載のコアレスコイルによれば、コイルケースがガイド部材として機能するため、巻線作業に専用巻線機の必要が無い。即ち、コイルケースのガイド溝に沿って、汎用巻線機あるいは汎用フォーミング加工機などを使って容易に巻ける。しかも、コイルケースによってコアレスコイルがバックアップされるので、コイルの機械的強度を高くすることができる。また、コイルケースが在るので巻き付け易く、セパレートコイルの作製が容易である。溝に強制的にコイルを巻き込んで行くので、太い銅線（導体）でも加工し易い。例えば、直径１ｍｍ以上２ｍｍ程度の銅線・エナメル線でも巻けるので、コイル断面積を太くして流せる電流を増やして高出力化が可能となる。また、エナメルが巻線時に剥げても、樹脂で囲われているので、絶縁性を損なう虞も少ない。

請求項８記載のコアレスコイルによれば、セパレートコイルには、複数のセパレートコイルを相互に周方向に組み合わせて連結するための締結用ボルトを通す孔あるいはねじ孔を渡り線部の配線の間あるいは配線の外の領域に設けるようにしているので、締結用ボルトを通す孔あるいはねじ孔を利用して、複数のセパレートコイルを相互に周方向に組み合わせて連結することで、精度良く、強固に連結することができる。

請求項９記載のコアレスコイルによれば、複数本の導体を溝に押し込めるので、巻数を増やして出力を上げうる。また、その複数本の導体を巻始め巻き終りの端末で直列あるいは並列に接続することで、巻いたコイルそのものをシリーズに接続したり、パラレルに接続したりすることができる。したがって、複数のコイルを巻始め並びに巻き終り部分で選択的にシリーズあるいはパラレルに自在に接続することで、出力形態や出力を容易に変更できる。

請求項１０記載のセパレートコイルの製造方法によれば、コイルケースを巻心とし、導体を導体ガイド溝に沿って押し込みながら導体ガイド溝に沿って巻き付けることによって、Ｎ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部と渡り線部とが軸平面でコの字形を成すように容易に巻回させることができる。しかも、汎用巻線機や汎用フォーミング加工機あるいは手巻きでも、コイルケースの溝に沿って導体を巻くことで、セパレートコイルが容易に製作可能である。

請求項１１記載の永久磁石型回転機によれば、永久磁石とコアレスコイルとの間に必要最小限の僅かなギャップを隔てて対向するように組み込んで永久磁石型回転機を構成することができるので、鎖交磁束の減少を防いで回転機の高出力化並びに高効率化を実現すると共に、ラジアル方向並びに軸方向のコアレスコイルの寸法を最小限のものとして、回転機の小型化・軽量化を可能とすることができる。しかも、組み立てられたコアレスコイルは軸平面形状コ形の円環状箱形を成すため、機械的強度が高いため、また太い導体が使用できることによっても、高出力を可能とすることができる。

請求項１２記載の永久磁石型回転機の製造方法によれば、周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下に分割された複数のセパレートコイルを、内ロータ磁石を挟んで向かい合わせに組み合わせて周方向に連結することによって内ロータ磁石を囲む中が空洞の円環状箱形のステータコイルを構成し、その後、外ロータ磁石を軸方向から挿入してステータコイルの外側に配置させることにより組み立てるので、コアレスコイルの磁束鎖交部より僅かに広い間隔で環状に配置された外ロータ磁石と内ロータ磁石とが配置された回転機を容易に構成できる。

本発明にかかるコアレスコイルを構成するラジアル型セパレートコイルの一実施形態を示す正面（軸方向視）図である。 同ラジアル型セパレートコイルの斜視図である。 図１のラジアル型セパレートコイルに用いるコイルケースの一実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面（軸方向視）図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は底面図である。 図１のラジアル型セパレートコイルに用いるコイルケースの他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面（軸方向視）図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は底面図である。 図３のラジアル型コイルケースを入れ子に組み合わせた組みを示す正面（軸方向視）図である。 図５の入れ子のコイルケースの組みの底面図である。 図５の入れ子のコイルケースの組みの右側面図である。 図５の入れ子のコイルケースの組みの入れ子状態を示す説明図である。 図４のコイルケースを入れ子に組み合わせた組みを示す正面（軸方向視）図である。 図５の入れ子のコイルケースの組みの右側面図である。 本発明にかかるラジアル型コアレスコイルを構成するセパレートコイルの他の実施形態を示す図で、（Ａ）は正面（軸方向視）図、（Ｂ）は巻始め端及び巻き終り端を有する磁束鎖交部側の軸平面形状を示す説明図、（Ｃ）は反対側の磁束鎖交部側の軸平面形状を示す説明図である。 図１１のラジアル型セパレートコイルの右側面図である。 本発明にかかるラジアル型２極単相交流回転機（発電機）における内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図である。 同ラジアル型２極単相交流回転機（発電機）における内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係をＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部との関係において示す側面図である。 本発明にかかるラジアル型２極単相交流回転機（発電機）の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、（Ｃ）は右側面図である。 同ラジアル型２極単相交流回転機（発電機）の一実施形態を示す図であり、内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図と等価回路図である。 同ラジアル型２極単相交流回転機（発電機）における内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係をＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部との関係において示す側面図である。 同ラジアル型４極三相交流回転機（発電機）の一実施形態を示す図であり、内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図と等価回路図である。 同ラジアル型４極三相交流回転機（発電機）における内ロータと外ロータとセパレートコイルとの関係をＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部との関係において示す側面図である。 本発明にかかるラジアル型４極三相交流回転機（発電機）の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図、（Ｃ）は右側面図である。 本発明にかかるラジアル型コアレスコイルのコイルケースの他の実施形態を示す正面（軸方向視）図である。 本発明にかかるアキシャル型コアレスコイルのコイルケースの一実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面（軸方向視）図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は底面図である。 本発明にかかるアキシャル型コアレスコイルのコイルケースの他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は正面（軸方向視）図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は底面図である。 本発明にかかるアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）のセパレートコイルと永久磁石との関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図である。 本発明にかかるアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）の一実施形態を原理的に示す縦断面図である。 本発明にかかるアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）の他の実施形態を示す図で、セパレートコイルと永久磁石との関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図である。 図２６のアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）の他の実施形態を原理的に示す縦断面図である。 本発明にかかるアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）の他の実施形態を示す図で、セパレートコイルと永久磁石と連結板との関係を正面（軸方向視）から示す原理説明図である。 図２７のアキシャル型２極単相交流回転機（発電機）の他の実施形態を原理的に示す縦断面図である。

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。尚、本明細書中において、角度に関しては特に電気角であると断りがない場合には機械角で言及されているものとする。

図１〜図１９に本発明にかかるコアレスコイルとそれを永久磁石型回転機のラジアル型ステータコイルに適用した一実施形態を示す。

このコアレスコイル１は、中が空洞の軸平面形状コ形の円環状箱形（太鼓状）を成すものであり、周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下となる複数のセパレートコイル２によって構成されている。各セパレートコイル２には、図１及び図２に示すように、ロータシャフト（図示省略）の径方向に形成される界磁束が通過する磁束鎖交部、即ち永久磁石のＮ極側に対応する磁束鎖交部（以下、Ｎ極側磁束鎖交部３_Ｎと呼ぶ）と、永久磁石のＳ極側に対応する磁束鎖交部（以下、Ｓ極側磁束鎖交部３_Ｓと呼ぶ）とが形成され、該Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの導体を繋ぐ渡り線部４が各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの導体の両端においてロータシャフトと交わる面に沿って径方向内側に折り曲げられ、内ロータ磁石（図示省略）に跨がるような円環状箱形に形成されている。さらに、各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの導体の両端で径方向内側に折り曲げられた渡り線部４は、ロータシャフトと交わる面に沿って周方向に引き回されてロータシャフトの周辺を迂回する円弧状の配線とされ、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの導体を繋ぐ環状の導体を周方向に巻き上げるようにしてセパレートコイル２を構成している。これら複数のセパレートコイル２は、周方向に連結することによって、箱形のコアレスコイル１を構成する。

本実施形態のコアレスコイル１は、外周面（胴部）にはロータシャフトと平行に巻かれた導体によって構成される磁束鎖交部、即ち界磁束が通過するＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを有し、胴の両面にはＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの導体を繋ぐ渡り線が各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの導体の両端においてロータシャフトと直交する面に沿って径方向内側に折り曲げられ、かつ周方向に引き回されてロータシャフトと交わらないように巻線されている。

ここで、セパレートコイル２は、周方向にずらして互いに入り込ませながら組み合わせる入れ子構造にすることが好ましい。この場合、入れ子構造の複数のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの組み合わせにより、両側面（胴の両面）の渡り線部４が軸方向に重なることで面積を増して１つのコアレスコイル１を構成するため、外周面（胴部）の各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓに配置される導体１０の巻数を増やすことができる。即ち、各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの巻線の量は、繋ぎとなる渡り線部４の面積（半径方向長さＬ_２）に依存する。依って、１ピースだけだと、磁束鎖交部が形成される外周長さＬ_１に対して渡り線が配線される領域部位の径方向長さＬ_２が狭い関係となる（Ｌ_１≫Ｌ_２）ので、導体１０をたくさん巻けない。しかし、複数のセパレートコイル２を周方向にずらして順次入り込む入れ子構造として１つのコアレスコイル１を構成しているので、ギャップに配置されるコイル本数を増やすこと即ち磁束鎖交部のコイルをたくさん巻くことができる。依って、電圧を大きくして、出力を上げることができる。

本実施形態においては、上述のセパレートコイル２は、Ｎ極側磁束鎖交部３_Ｎの外側の端とＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの外側の端との間の成す角度θ_１が機械角で１２０°の扇形に形成されており、その周方向両端に機械角で３０°ずつの角度θ_２のＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとがそれぞれ形成され、その間のＮ極側磁束鎖交部３_Ｎの内側の端とＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの内側の端との間の成す角度θ_３が機械角で６０°（電気角で１２０°）の空所（いずれの磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓも存在しない領域）７が形成されている。Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとの間の空所７には、入れ子構造を成す他のセパレートコイル２（本実施形態の場合、２Ｂあるいは２Ｃのいずれか一方または双方）のＮ極側磁束鎖交部３_Ｎが配置される。そして、３ピースのセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃが、磁束鎖交部の角度範囲θ_２に相当する分、即ち３０°ずつ周方向にずらして互いに入り込ませながら組み合わせる入れ子構造とされている。この３ピースのセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの組み合わせ（以下、セパレートコイル組み１２と呼ぶ）によってコアレスコイル１の半体を形成する。尚、Ｎ極側磁束鎖交部３_Ｎの中心とＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの中心との成す角度（本明細書では、極間隔と呼ぶ）θ_４は機械角で９０°（電気角で１８０°）に設定されている。また、各セパレートコイル２の内周側にはロータシャフトが貫通する孔を構成する円弧部５が設けられている。

上述のセパレートコイル２は、入れ子構造とするため、正面（軸方向）視形状は同じでありながら幅（軸方向長さ）だけが異なる３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３（但し、Ｗ_１＜Ｗ_２＜Ｗ_３）のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃが２組（６ピース）作製され、これらが周方向にずらして組み合わされることによって１つのコアレスコイル１が形成される。そして、３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを３０°ずつ周方向にずらして順次入り込ませて入れ子構造とすることによって、３ピースのセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとがそれぞれ連接されて、機械角で９０°ずつのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを有する機械角で１８０°の２組のセパレートコイル組み１２が構成される。つまり、機械角で１２０°の扇形の６ピースのセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを入れ子構造にし、３ピースを入れ子式に連結した機械角で１８０°の一方のセパレートコイル組み１２（コイル半体）と、３ピースを入れ子式に連結した機械角で１８０°の他方のセパレートコイル組み１２（コイル半体）との複数のセパレートコイル組み１２で構成されている。尚、セパレートコイル２の分割数は、上述のコイル半体で３分割（全周で６分割）に限られず、場合によつては、２分割（全周で４分割）あるいは４分割（全周で８分割）以上とすることも可能である。尚、本明細書では、セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３は外寸で表しているが、セパレートコイル２Ｃの内側にセパレートコイル２Ｂが、さらにセパレートコイル２Ｂの内側にセパレートコイル２Ａが、好ましくはそれぞれがたつき無く嵌まる込む関係にあることを意味しているものとする。

これら２セットのセパレートコイル組み１２は、内ロータ磁石２７を挟んで向かい合わせにして周方向に連結される。例えば、ロータシャフトを中心に点対称の関係となるように２セットのセパレートコイル組み１２を配置し、一方のセパレートコイル組み１２の最も幅の狭いセパレートコイル２Ａと他方のセパレートコイル組み１２の最も幅の広いセパレートコイル２Ｃとが互いに嵌まり合うように向かい合わせて連結される。これにより、軸平面形状コ形の円環状箱形を成す１つのコアレスコイル１が構成される。尚、各セパレートコイル２を接着剤で固めるには、磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓと渡り線部４との双方を含む全領域を対象としても良いが、場合によっては部分的例えば渡り線部４だけ、あるいは磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓだけを固めるようにしても良い。また、自己融着性の導体・ワイヤ１０を用いる場合には、巻線と同時にコイルが固められる。

そして、各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ毎に独立したコイルは、その巻始め８と巻き終り９とを選択的に他のセパレートコイルの巻始め８あるいは巻き終り９と接続することで、単相あるいは複相のコアレスコイル１を構成することができる。また、各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを構成する導体１０は、１本でも良いが、図１１，１２に示すように複数本で構成しても良い。即ち、同時に複数本、例えば４本の導体１０を巻く場合には、２本ずつの第１のコイルＸと第２のコイルＹとに分けて、それらコイルＸ，Ｙを巻始め８あるいは巻き終り９の端末において直列または並列に接続可能にできる。

ここで、各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃには、導体１０のみでセパレートコイル２を構成する場合には、接着剤などで固められた渡り線部４の導体間に締結用ボルトを通すための隙間即ち孔６が形成されることが望ましい。例えば図１及び図２に示すように、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓのそれぞれのほぼ中心を通る法線上及びＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとの間の空所７のほぼ中心附近の法線上にそれぞれ隙間６が形成され、これら隙間６を複数のセパレートコイル２の間で重ねて締結用ボルト（図示省略）を通し、円弧状あるいは円環状の連結板２４を介在させて相互に連結可能とされている。尚、複数のセパレートコイル２を相互に連結する連結板２４は、アルミニウムや樹脂などの非磁性体であれば良く、好ましくは絶縁性を有するＦＲＰなどの樹脂材料であることである。図中の符号２４ａは連結板２４に開けられたボルト通し孔である。

また、コアレスコイル１には、回転機の動作中に大きな力が働くことから、巻線後に接着剤を塗布して一体に成形するだけでは、巻線自体で必要な強度が得られない場合がある。そこで、各セパレートコイル２には、当該コイルを構成する導体を内側から支持して固定するコイルケースを併用することが好ましい。

本実施形態の場合、コイルケース１１は、図２に示すように、各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの両側の渡り線部４をそれぞれ支える左右の側面支持部１４並びにこれら側面支持部１４を周方向の両端においてのみ部分的に連結して磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓを内側から支持する架橋部１３とを有する一体的なコイルケース（以下、本明細書においては、一体形コイルケースと呼ぶ）が用いられている。この一体形コイルケース１１は、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの領域においては、軸平面形状コ形を成している。尚、コイルケース１１は、このような形態・形状に特に限られるものではなく、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの両端で径方向内側に折り曲げられた渡り線部４を少なくとも裏打ちするものであれば足りる。つまり、コイルケース１１は、磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの両端の渡り線部４のみを裏打ちする、互いに独立した２ピース例えば扇形の板材から成るコイルケースであっても良い（以下、本明細書においては、分離形コイルケースと呼ぶ）。このようなコイルケースにおいても、コイルケースを使って連結することにより、セパレートコイル２を組み立てる時に組み立て作業が容易になると共にコイルの角度・位置決めの精度が出し易くなる。

本実施形態の一体形コイルケース１１は、セパレートコイル２と同じ角度θ_１の扇形を成し、内周にロータシャフトが貫通する孔を形成する円弧部１５を有し、かつ外周にロータシャフトと平行な角度θ_２の架橋部１３と、他のセパレートコイル２の磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓが径方向に通過する角度θ_３の空所１７とを有し、１つのコイルケースのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの間に他のコイルケースのＮ極側磁束鎖交部３_Ｎが順次入り込み、左右両面の側面支持部１４とが軸方向に部分的に重なり合う入れ子構造とされている。

コイルケース１１の表面には、セパレートコイル２の磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ及び渡り線部における位置を定めるコイル位置決め溝が設けられている。このコイル位置決め溝は、磁束鎖交部及び渡り線部における導体１０の位置を定めるものであれば特定の構造等に限られるものではないが、磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ及び渡り線部４における導体１０の巻位置を決める多数の導体ガイド溝１９の集合から成るもの（図３参照）、あるいは磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ及び渡り線部４における導体１０の配置領域の大枠だけを定めたもの（図４参照）であることが好ましい。

例えば、図３に示すコイル位置決め溝は、導体１０を巻回するための位置を導く複数本の導体ガイド溝１９を並べることによって、外周側の架橋部１３にロータシャフトと平行に導体１０が配置されるＮ極側磁束鎖交部３_Ｎ及びＳ極側磁束鎖交部３_Ｓを収める磁束鎖交部溝領域２０、ロータシャフトと交わる面に渡り線を収める渡り線溝領域２１をそれぞれ形成するものであり、導体１０を導体ガイド溝１９に沿って押し込むように巻き付けることによって当該コイルケース１１を巻芯としてＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓと渡り線部４とが軸平面でコの字形を成すように巻回される。導体ガイド溝１９は導体１０の巻き付け位置を案内すると共に、絶縁性の壁２２を両側に形成して導体１０の絶縁性を確保するものとして機能する。加えて、コイルケース１１は巻芯として機能するので導体１０が巻き付け易く、セパレートコイル２の作製を容易にする。さらに、導体ガイド溝１９に強制的に導体１０を押し込んで巻き込んで行けるので、加工し易く太い銅線を使える。したがって、高出力化が可能となる。また、エナメルが巻線時に剥げても、樹脂で囲われているので、絶縁できる。

また、図４に示すコイル位置決め溝は、予め専用巻線機あるいは汎用巻線機や汎用フォーミング加工機などを使って巻かれたセパレートコイル２を嵌め込む際の位置・空間を規定するものであり、外周側の架橋部１３の両端に配置されたストッパ２３によって区間が定められたＮ極側磁束鎖交部３_Ｎ及びＳ極側磁束鎖交部３_Ｓを収容する磁束鎖交部溝領域２０と、渡り線部４が占位する外枠を示す渡り線溝領域２１とを有する。渡り線溝領域２１は、単なる平面でも良いが、予め機械巻されたセパレートコイル２の渡り線部４の輪郭に沿った凹部としても良く、要は渡り線部４が嵌まり込むスペースが確保されていれば足りる。このため、機械巻きなどで予め成形されたセパレートコイル２を組み立てる際に、コイルケース１１に嵌め込んで固定してから連結することによって、組み立て作業が容易になると共に、コイルの角度・位置決めの精度が出し易くなる。尚、このコイル位置決め溝には、場合によっては巻線機やフォーミング加工機などで導体を直接巻着付けてセパレートコイル２を形成するようにしても良い。

コイルケース１１は、絶縁性を有し、安価で加工し易いプラスチック製であることが好ましいが、これに特に限られるものではなく、ＦＲＰやその他の非磁性材例えばアルミニウムやセラミックスでも可能である。また、場合によっては、コイルケース１１は、非磁性材でなくとも良い。さらに、エンジニアリングプラスチックやナイロンなどの耐熱性樹脂であることは好ましいが、発熱が予想される温度が例えば１００℃〜１２０℃程度であれば、一般的な樹脂材料でも十分に耐え得るので、特に耐熱性樹脂には拘らない。使用時の発熱に耐える程度の物性を有するプラスチックであれば用いることができる。勿論、導体１０の絶縁皮膜（エナメル）が強靱で曲げたときに剥がれなければ、コイルケース１１を絶縁材料で構成する必要はないが、コイルケース１１が絶縁性であれば万が一絶縁皮膜が剥がれたときにも、側方の絶縁材（樹脂）の壁２２と周りの導体１０のエナメルとが存在するため、絶縁性を損なうことが無く、安心である。

また、コイルケース１１にはコイルケース同士を連結するための締結用ボルト（図示省略）を通す孔１６が設けられている。ボルト通し孔１６は、例えば図３，４に示すように、コイルケース１１の内周縁附近に円周方向に均等に（両端から１５°の位置から３０°間隔で）配置されて複数箇所例えば４箇所設けられている。また、場合によっては、複数本の導体ガイド溝１９を並べることによって形成されるコイルケース１１の側面支持部１４の渡り線溝領域２１の間の隙間１８の位置にボルト通し孔（図示省略）を設けるようにしても良い。これらボルト通し孔１６を複数のセパレートコイル２の間で重ねて締結用ボルトを通し、図５に示すように、連結板２４を介在させて相互に連結することによって、コアレスコイル１が組み立てられる。この場合、コアレスコイル１は、コイルケース１１によって内側からバックアップされているので、コイル同士を接着材で固めたものを連結するときよりも、コイルとしての機械的強度が増す。

上述の各セパレートコイル２は、大きく分けて、コイルケース１１を用いずに導体１０のみで構成するものと、コイルケース１１を併用するものとがある。さらに、コイルケース１１を併用するセパレートコイル２としては、巻線を作製してからコイルケース１１に嵌めるものと、コイルケース１１を巻心として導体１０を巻き上げることにより一体化するものとがある。そして、上述の各セパレートコイル２を作製する手法としては、従来のコアレスコイル１と同様に専用巻線機を用いたり、あるいは汎用巻線機や汎用フォーミング加工機、さらには手巻きで、上述の形態のセパレートコイル２を巻き上げることができる。さらには、コイルケース１１を利用して汎用巻線機や汎用フォーミング加工機、さらには手巻きで巻線することができる。

例えば、コイルケース１１に導体を直に巻くことで構成されるセパレートコイル２の場合を例に挙げると、以下のようにして製作される。まず、内ロータ磁石２７が収容される空間即ちコアレスコイル１の内部空間に相当する空間を埋める芯材（図示省略）を用い、該芯材の表面に図３，４に示す一体形あるいは分離形のコイルケース１１を取り付ける。そして、コイルケース１１の上からエナメル線・導体１０を導体ガイド溝１９の内部に押し込みながら溝１９に沿って巻き付けることによって、セパレートコイル２を作製する。この巻線作業においては、コイルケース１１がガイド部材として機能するため、専用巻線機の必要が無い。即ち、汎用巻線機や汎用フォーミング加工機あるいは手巻きでも、コイルケースの溝に沿って導体１０を巻くことで、セパレートコイル２が容易に製作可能である。そして、導体１０を巻き上げている最中に、あるいは導体１０を巻き上げた後に、導体同士並びに導体１０とコイルケース１１との間を接着剤で固定して、コイルケース１１で裏打ちされたセパレートコイル２を得る。尚、芯材は、巻線完了後、セパレートコイル２から取り外される。

このようにして、幅の異なる芯材並びにコイルケース１１を用いて、正面視形状は同じでありながら幅だけが異なる複数種のセパレートコイル２を作製する。例えば本実施形態の場合には、前述した図５〜図８に示すような正面（軸方向）視形状は同じでありながら幅（軸方向長さ）だけが異なる３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３（但し、Ｗ_１＜Ｗ_２＜Ｗ_３）のセパレートコイル２を２組作製する。

このセパレートコイル２は、例えば機械角で１２０°の扇形に形成されており、その周方向両端に機械角で３０°（電気角で６０°）ずつのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとがそれぞれ形成され、その間に機械角で６０°（電気角で１２０°）の空所７，１７が形成されている。したがって、３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３のセパレートコイル２を３０°ずつ周方向にずらして順次入り込ませる入れ子構造とすることによって、最も幅が広いセパレートコイル２のＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとの間の空所７，１７に次に幅の広いセパレートコイル２と最も幅の狭いセパレートコイル２の各Ｎ極側磁束鎖交部３_Ｎが順次突出するように配置される。同時に、最も幅が広いセパレートコイル２のＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの周方向外側に次に幅の広いセパレートコイル２と最も幅の狭いセパレートコイル２の各Ｓ極側磁束鎖交部３_Ｓが順次突出するように連接されて、機械角で９０°（電気角で１８０°）ずつのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを有する機械角で１８０°の２組のセパレートコイル組み１２が構成される（図５参照）。複数のセパレートコイル２の連結は、入れ子構造に組み立てる際に、内周縁周りに配置されたボルト通し孔１６を重ねて締結用ボルトを通して締結することで行われる。この場合、同時に、コイルケース１１の側面支持部１４の導体が敷設されていない隙間部分（図４のコイルケースの場合には、セパレートコイル２の渡り線部４の隙間６が配置される位置）１８にボルト通し用の孔あるいはナットを設けることで、より強固に連結できるようにしても良い。

そこで、この２組のセパレートコイル組み１２を、周方向に連結することによって、円環状の箱形コアレスコイル１を組み立てることができる。ここで、２組のセパレートコイル組み１２は、図９及び図１０に示すように、点対称の関係となるように配置して連結することで、つまり一方のセパレートコイル組み１２の最も幅の狭いセパレートコイル２Ａと他方のセパレートコイル２組の最も幅の広いセパレートコイル２Ｃとが互いに嵌まり合うように向かい合わせて連結されることで、１つの円環状の箱形コアレスコイル１が構成される。斯くして、複数のセパレートコイル２を周方向にずれる入れ子構造として１つのコアレスコイル１を構成しているので、必要数のセパレートコイル２を組み合わせることで、外周面・ギャップに配置されるコイル本数を増やして出力を上げることができる。向かい合わせに嵌め合わされたセパレートコイル組み１２は、少なくとも両コイル組み１２の間に跨がるように配置される半円状（場合によっては円環状）の連結板２４を宛がって、締結用ボルトによって相互に連結される。連結板２４のボルト通し孔２４ａとコイルケース１１のボルト通し孔１６とは位置合わせされて、締結用ボルトが通される。

特に、図３に示す実施形態の溝付きコイルケース１１を用いる場合には、溝１９に沿って導体１０を強制的に埋め込みながら規則正しく巻いて行けるので、太い導体（銅線）でも巻くことができる。通常、導体１０の直径が太いと、銅が持っている機械的抵抗で細かい細工ができず巻き難い。したがって、従来のコアレスコイル１では太い線は使えなかった。従来のコアレスコイル１の導体の直径は、通常０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ前後、太くても概ね０．８ｍｍ〜１ｍｍ程度であるが、本発明では、直径２ｍｍ程度でも十分に巻ける。しかして、太い導体（４〜６倍の断面積）を使用できるので高出力が得られる。

しかも、複数本例えば４〜８本の導体１０を１つの溝１９に入れて巻線し、コイル巻始め８と巻き終り９との端末を利用して複数本の導体１０から成るコアレスコイル１をシリーズに接続したり、パラレルに接続したりすることを端子部分で任意に選択できる。このようなセパレートコイル２によれば、インバータを使わなくとも、効率を変えずに電圧を変換できる。例えば、図１１及び図１２に示す４本の導体１０を巻いたセパレートコイル２によれば、２本ずつの第１のコイルＸと第２のコイルＹの２組に分けた場合、１００ｖ，５Ａの電流を流す２本ずつのコイルＸ，Ｙを並列に接続すれば、１００ｖ，１０Ａで１ｋｗの出力が得られ、直列に接続すれば、２００ｖ，５Ａで１ｋｗの出力が得られる。

以上のように構成されたコアレスコイル１は、回転機のステータコイルあるいはロータコイルとして組み込むことができる。例えば、永久磁石ラジアル型回転機のステータコイルとして用いることができる。

図１５に、本発明のコアレスコイル１をラジアル型２極単相交流発電機のステータコイルとして適用した一実施形態を示す。このラジアル型２極単相交流発電機は、コアレスコイル１の径方向内側に内ロータ２５が、外側に外ロータ２６が配置されて、外ロータ２６の永久磁石２７と内ロータ２５の永久磁石２８との間のギャップに磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓが配置されるように構成されている。ロータシャフト２９は、コアレスコイル１の内周側のホールを貫通し、内ロータ２５と外ロータ２６とを固定して支持している。他方、コアレスコイル１は静止物例えばエンジンボディ（図示省略）などにコイル固定プレート３０を介して固定されている。尚、図中の符号３１は通風孔、３２はテーパー型磁石ヨーク、３３はバックヨーク、３４は内ロータファン、３５は外ロータファンである。

箱形コアレスコイル１は、動作時に大電流が供給されるため発熱が大きいことから、放熱には特に留意する必要がある。放熱は、コアレスコイル１から空気中への熱放散と、渡り線部４からのコアレスコイル１の支持体例えばコイル固定プレート３０への熱伝導による放熱が主となる。そこで、例えば、ロータシャフト２９と直交する外ロータ２６の側面には、切り起こしによりフィンが形成されて放熱用の外ロータファン３５が構成されている。また、内ロータ２５の内周面側には、径方向内側に向けて放射状に形成されるフィンが一体成形されて放熱用の内ロータファン３４が構成されている。勿論、本実施例では、外ロータ２６並びに内ロータ２５に放熱フィンを設けてコイル１の放熱を促進するファン構造としているが、場合によっては全体を覆うカバー部材や蓋体などにフィンを設けて放熱させるようにして良い。また、熱伝導による放熱を促進するため、例えばコイル固定プレート３０にコアレスコイル１を接着するための接着剤に、熱伝導を助長するように、好ましくは絶縁性または高比抵抗の高熱伝導性の粉体を混合して、コイル固定プレート３０などへの熱伝導を大きくするようにしても良い。

ここで、コアレスコイル１は、入れ子となった３種のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃが３０°ずつ周方向にずらして重なるように組み合わされることによって１８０°のセパレートコイル組み１２が２組形成される。これら一対のセパレートコイル組み１２を内ロータ２５を挟み込むように組み合わせると共に連結板にて相互に連結することで、内ロータ２５を包み込む箱状のコアレスコイル１が組み立てられる。その後、コアレスコイル１の外側に嵌め込むように軸方向から外ロータ２６が組み込まれ、コアレスコイル１を挟んで内ロータ２５と外ロータ２６とが径方向に対向するように配置される。これによって、コアレスコイル１の磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓより僅かに広い間隔（必要最小限の間隔）をあけて環状に配置された外ロータ磁石２８と内ロータ磁石２７とが配置されたラジアル型２極単相交流発電機が構成される。尚、コアレスコイル１の組み立ては、上述の手法に特に限られず、内ロータ２５を囲うように、セパレートコイル２を１ピースずつ順次入り込ませながら内ロータ２５の周りに１ピース毎嵌め込むように組み付けることで、内ロータ２５の全周を囲うように組み立てても良い。

このラジアル型２極単相交流発電機は、ワイヤを巻いたコイルでかつ渡り線部を有しながらも、永久磁石２７，２８とコアレスコイル１とをラジアル方向に必要最小限の僅かなギャップを隔てて対向するように組み立てられるので、鎖交磁束の減少を防いで発電機の高効率化・高出力化を実現すると共に、ラジアル方向並びに軸方向のコアレスコイル１の寸法を最小限のものとして、発電機の小型化・軽量化を可能とする。しかも、組み立てられたコアレスコイル１は軸平面形状コ形の円環状箱形を成すため、両端で支持可能で機械的強度が高いため、また太い導体が使用できるため、高出力を可能とする。

また、コアレスコイル１の配線は、図１６に示すように、セパレートコイルＣ−Ｂが接続箇所３７で、コイルＢ−Ａが接続箇所３８で、コイルＡ−Ｃが接続箇所３９で、コイルＣ−Ｂが接続箇所４０で、コイルＢ−Ａが接続箇所４１でそれぞれ接続されることによって、コアレスコイル１としての巻始め３６から巻き終り４２までが１本のコイルとされている。

この２極単相交流発電機は、図１６に示すように、外ロータ磁石２８は、例えば上半分側にＮ極が、下半分側にＳ極が配置されている。他方、内ロータ磁石２７は、上半分側にＳ極が、下半分側にＮ極が配置されている。本実施形態の場合は、外ロータ２５と内ロータ２６とにそれぞれ磁石２７，２８が取り付けられているが、片側が磁石でもう一方は界磁ヨークで構成するようにしても良い。

ここで、２極単相交流発電機における磁石角度は、Ｎ極及びＳ極のそれぞれにおいて９０°以上１８０°以下であり、好ましくは１２０°〜１８０°、より好ましくは１２０°〜１５０°、最も好ましくは１５０°程度とすることである。そこで、本実施形態においては、Ｎ極側（上半分）とＳ極側（下半分）とは、図１６に示すように、各々１５０°の角度の永久磁石がその両端において３０°ずつの隙間を設けて配置されている。内あるいは外の永久磁石２７，２８は、1個の大きな塊の磁石でも良いが、１５０°の広範囲な角度を1個の磁石で構成すると、磁石面積が大きくなり磁束密度が著しく低下する。このことを防ぐために、図１５（Ｄ）に示すように、外ロータ磁石２８を分割して複数の磁石片として周方向に隙間無く配置すると共に、反対極となる内ロータ磁石２７も同様に分割して、分割された外ロータ磁石２８の境目に内ロータ磁石２７を配置することが好ましい。この場合、隣接する磁石片同士は同極で反発するため、分割された磁石の背後に同極の磁石が分割面に跨がるように配置された積層構造とすることが好ましい。つまり、上半分のＮ極側外ロータ磁石を例に挙げて説明すると、裏面（Ｓ極）側にＮ極の磁石を分割の境目に跨がるように配置させた積層構造（２段）とすることによって、２片の磁石の裏面側のＳ極とＳ極の間に裏側の層（コアレスコイル１から離れた方の層）のＮ極側が吸着されることにより、コアレスコイル１に面した表側の分割磁石片同士を反発させずに密着させることができる。これにより、磁束密度の低下を防ぐことができる。また、積層構造となった外ロータ磁石２８及び内ロータ磁石２７の周囲には、コアレスコイル１と面する表側の層の磁石の半分の厚みの処までを覆うサイドヨークで囲うように設けられている。これにより、サイドヨークが磁束漏れを防いでコアレスコイル磁束鎖交部に向けて磁束を集中させ、磁束鎖交部を通過する磁束密度をさらに高めることができる。同時にサイドヨークは磁石が反発して隙間が生じないように規制する。

これによって、2極単相交流発電機を構成することができる。この2極単相交流発電機によれば、インバータを用いずにエンジン用発電機を小型化することができる。しかも、発電効率が良い。

尚、図１６の実施形態にかかる2極単相交流発電機は、１組の内ロータ２５と外ロータ２６とで誘導機を構成しているが、これに特に限られず、場合によっては図２０に示すように、内ロータ２５と外ロータ２６とを２組み備え、軸方向に並べて配置するようにしても良い。本実施形態にかかる2極単相交流発電機においては、ステータコイルを構成するコアレスコイル１が軸平面形状コ形の円環状箱形（太鼓状）を成しており、両端で支持することができることから、図２０に示すように、同一ロータシャフト２９上に一体化した並列構造で使用できる。尚、組み立てられたコイルケース１は並列構造の内ロータ２５の間に設けられた遮蔽板４３で補強される。

また、図１８及び図１９に本発明のコアレスコイル１をラジアル型４極三相交流発電機に適用した一実施形態を示す。尚、このラジアル型４極三相交流発電機は、図１６及び図１７に示すラジアル型2極単相交流発電機と基本構造は同じであるので詳細な説明を省略する。

この場合のコアレスコイル１の配線は、図１８のコアレスコイル１の正面図左半分の半体を構成するセパレートコイル組み１２と正面図右半分の半体を構成するセパレートコイル組み１２とをそれぞれ構成する。一組となる左右の３種のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、コイルＡ−Ａが接続箇所４６で、コイルＢ−Ｂが接続箇所５０で、コイルＣ−Ｃが接続箇所５４でそれぞれ接続されることによって、巻始め４５から巻き終り４７までが１本のコイルとなっているＵ相コイル４４と、巻始め４９から巻き終り５１までが１本のコイルとなっているＶ相コイル４８と、巻始め５３から巻き終り５５までが１本のコイルとなっているＷ相コイル５２との３相巻線を構成する。

他方、ロータ磁石としては、内ロータ２５には、周方向に４分割されている永久磁石２７が例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極の順で配置されている。外ロータ側には、周方向に４分割されている永久磁石２８が外ロータ２６の磁石と反対極となるように例えばＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極の順で配置されている。この場合、各マグネットは、９０°未満、実施形態の場合には、８０°の磁石角度で構成され、マグネット間には１０°のギャップが形成されている。内ロータ磁石２７と外ロータ磁石２８とは、コアレスコイル１の磁束鎖交部を挟むようにして同じ位置の内側と外側とに配置されている。

尚、回転軸を有する駆動源例えば自動車用エンジン用発電機等として本発明の回転機を使用する場合には、エンジン側の軸をロータシャフトとして用いれば、ベアリングがなくてもコアレスコイル１とロータとの関係を安定に保つことができる。つまり、コアレスコイル１をエンジンブロック側に固定し、エンジンのシャフトをロータシャフトとして用いれば、ベアリングがなくとも磁石とコイルとのギャップを一定にして回転させ得る。勿論、本実施形態の回転機をモータとして使用する場合には、コアレスコイル１とロータシャフトとの間にベアリングを配置することが好ましい。

以上のように構成されたラジアルギャップ型交流発電機によれば、コギングトルクが低減されるので、コギングトルク対策が不要であると共に、無負荷の状態において非常に軽く回転する。即ち、小さなトルクでも回転することから、風力発電用発電機として用いるのに好適である。この場合、風速３ｍ／ｓ程度でも回転開始することができる。

図２２〜図２９に本発明にかかるコアレスコイルを永久磁石型回転機のアキシャル型ステータコイルに適用した一実施形態を示す。尚、以下のアキシャル型コアレスコイル並びにそれを用いたアキシャル型回転機形の構成についての説明は、前述のラジアル型ステーターコイルと異なる部分についてのみ詳しく説明し、共通している構成部分についての詳細な説明は省略する。

このアキシャル型コアレスコイル１は、例えば図２４及び図２５に示すように、ロータシャフト２９と直交する２つの面５６のそれぞれにロータシャフト２９と平行な界磁束が通過する磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓを備えると共にそれらを径方向外側の渡り線部（以下、外側渡り線部４ｏと呼ぶ）と径方向内側の渡り線部（以下、内側渡り線部４ｉと呼ぶ）とで繋いで中が空洞の軸平面形状コ形の円環状箱形（太鼓状）を成すものであり、周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下となる複数のセパレートコイル２によって構成されている。即ち、複数のセパレートコイル２を界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを挟んで向かい合わせに組み合わせて周方向に連結することによって、永久磁石あるいは界磁ヨークを囲む円環状箱形のコイルを構成するように設けられている。

各セパレートコイル２には、ロータシャフト２９と平行な界磁束が通過するＮ極側磁束鎖交部３_Ｎと、Ｓ極側磁束鎖交部３_Ｓとがロータシャフト２９と直交する２つの面５６のそれぞれに形成され、これらＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの導体を繋ぐ内側渡り線部４ｉがロータシャフト２９と交わる面（直交していても良いが、場合によっては直交していなくとも良い）５７に沿って求心方向並びに周方向に引き回されてロータシャフト２９の周辺を迂回するように配線されると共に、外側渡り線部４ｏが内ロータ磁石５８に跨がるような軸平面形状コの字形に形成されている。これら複数のセパレートコイル２は、内ロータ磁石５８を挟んで向かい合わせに組み合わせて周方向に連結することによって、内ロータを囲む箱形のコアレスコイル１を構成する。また、各セパレートコイル２の内周側にはロータシャフト２９が貫通する孔を構成する円弧部が設けられている。

ここで、セパレートコイル２は、周方向にずらして互いに入り込ませながら組み合わせる入れ子構造にして、複数のセパレートコイル２を内側渡り線部４ｉ（胴の両面）において軸方向に重ねて組み合わせ、１つのコアレスコイル１を構成する内側渡り線部４ｉの面積（導体本数）を増して磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓに配置される導体・コイルの巻数を増やすようにしている。

本実施形態においては、上述のセパレートコイル２は、例えば図２４に示すように、機械角で３０°（電気角で６０°）ずつのほぼ扇形のＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを周方向の両端に配置し、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとの外端との成す角度θ_１が機械角で１２０°の凹型に形成されており、周方向両端のＮ極側及びＳ極側磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ（角度θ_２）には外側渡り線部４ｏと内側渡り線部４ｉの一部がそれぞれ配置され、その間の角度θ_３には機械角で６０°（電気角で１２０°）の空所６０即ち両側の磁束鎖交部とこれらを跨ぐ外側渡り線部４ｏと内側渡り線部４ｉの一部が存在しない領域が形成されている。空所６０には、入れ子構造を成す他のセパレートコイル２の例えば両側のＮ極側磁束鎖交部３_Ｎとこれらを跨ぐ外周側渡り線部と内側渡り線部４ｉの一部が配置される。そして、３ピースのセパレートコイル２が、磁束鎖交部の角度範囲θ_２に相当する分、即ち３０°ずつ周方向にずらして互いに入り込ませながら組み合わせる入れ子構造とされている。尚、極間隔θ_４は機械角で９０°（電気角で１８０°）に設定されている。

本実施形態のセパレートコイル２は、入れ子構造とするため、正面（軸方向）視形状を同じにすると共に、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓ及び外側渡り線部４ｏの軸平面形状並びに幅（軸方向長さ）が同じでありながら、内側渡り線部４ｉにおいてだけ幅がＷ_１，Ｗ_２，Ｗ_３（但し、Ｗ_１＜Ｗ_２＜Ｗ_３）と異なる３種類が２組（６ピース）作製され、これらが周方向にずらして組み合わされることによって１つのコアレスコイル１が形成される。つまり、３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを３０°ずつ周方向にずらして順次入り込ませて入れ子構造とすることによって、３ピースのセパレートコイル２の各Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとがそれぞれ連接されて、機械角で９０°ずつのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを有する機械角で１８０°の２組のコアレスコイル組み（コイル半体）が構成される。尚、本実施形態のアキシャル型コアレスコイル１においても、前述のラジアル型コアレスコイル１と同様に、セパレートコイル２の分割数は、上述のコイル半体で３分割（全周で６分割）に限られず、場合によつては、２分割（全周で４分割）あるいは４分割（全周で８分割）以上とすることも可能である。

各セパレートコイル２は、導体のみで構成しても良いが、好ましくはコイルケース６１を併用することである。コイルケース６１は、前述のラジアル型コアレスコイル１と同様に、例えば図２２及び図２３に示すように、セパレートコイル２のＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓ及びこれらの導体を繋ぐ内側渡り線部４ｉと外側渡り線部４ｏとを支える側面支持部６４並びにこれらを周方向の両端においてのみ部分的に連結する架橋部６３とを有する一体形コイルケースでも良いし、あるいはＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓ及びこれらの導体を繋ぐ内側渡り線部４ｉと一部の外側渡り線部４ｏを支える側面支持部６４の２部材から成る分離形コイルケース（図示省略）であっても良い。

本実施形態の一体形コイルケース６１は、セパレートコイル２とほぼ同じ角度（θ＝１２０°）の凹型に形成されると共に内周にロータシャフト２９が貫通する孔を形成する円弧部６２を有し、かつ外周にロータシャフト２９と平行な架橋部６３と、他のセパレートコイル２の磁束鎖交部３Ｎ，３Ｓ並びに外側渡り線部４ｏが嵌まり込む角度θ_３の空所６０とを有し、側方支持部６４に磁束鎖交部溝領域７０が設けられると共にその径方向外側の架橋部６３に外側渡り線溝領域７１ｏが、径方向内側の側方支持部６４に内側渡り線溝領域７１ｉがそれぞれ形成されている。ここで、内側渡り線溝７１ｉ部分は、前述した入れ子構造を構成するために、コイルケース６１Ｃの内側にコイルケース６１Ｂが、さらにコイルケース６１Ｂの内側にコイルケース６１Ｃが、好ましくはそれぞれがたつき無く嵌まる込む幅関係（Ｗ_１＜Ｗ_２＜Ｗ_３）に設けられている。これによって、１つのコイルケースのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの間に他のコイルケースのＮ極側磁束鎖交部３_Ｎと外側渡り線部４ｏとが順次入り込み、内側渡り線部４ｉにおいて軸方向に重なり合う入れ子構造とされている。

コイルケース６１の表面には、セパレートコイル２の磁束鎖交部３Ｎ，３Ｓ、外側渡り線部４ｏ及び内側渡り線部４ｉの位置を定めるコイル位置決め溝を有している。このコイル位置決め溝は、磁束鎖交部及び渡り線部における導体の位置を定めるものであれば特定の構造等に限られるものではないが、磁束鎖交部及び渡り線部における導体の巻位置を決める多数の導体ガイド溝６９の集合から成るもの（図２２参照）、あるいは磁束鎖交部及び渡り線部における導体の配置領域の大枠だけを定めたもの（図２３参照）であることが好ましい。

例えば、図２２に示すコイル位置決め溝は、導体を巻回するための位置を導く複数本の壁６７によって構成される導体ガイド溝６９を並べることによって、外周側の架橋部６３にロータシャフト２９と平行に渡り線となる導体が配置される外側渡り線溝領域７１ｏと、ロータシャフト２９と直交する面５６に一定ピッチで導体を配設してＮ極側磁束鎖交部３_Ｎ及びＳ極側磁束鎖交部３_Ｓを形成する磁束鎖交部溝領域７０とを構成するように設けられている。また、内側渡り線部４ｉを収容する部位・内側渡り線溝領域７１ｉは、導体の配置領域の大枠だけを定めた溝となっており、ロータシャフト２９と交わる側面（場合によっては直交する必要はない）５７にロータシャフト２９に対して接線方向に設けられる。したがって、コイルケース６１を巻芯として導体を導体ガイド溝６９に沿って押し込むように巻き付けながら磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓの径方向内側で内側渡り線溝領域７１ｉ内を引き回すことによって、Ｎ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓと外側渡り線部４ｏとが軸平面形状でコの字形を成すと共に、ロータシャフト２９の周辺を迂回する凹形の内側渡り線部４ｉが容易に巻回できる。

また、場合によっては、磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ及び渡り線部４ｏ，４ｉにおける導体の配置領域の大枠だけを定めたコイル位置決め溝を有する図２３に示すコイルケース６１を用いて、汎用巻線機や汎用フォーミング加工機あるいは専用巻線機などを使って予め巻かれたセパレートコイル２を嵌め込んで接着などで固定するようにしても良い。尚、この実施形態のコイルケース６１の場合には、コイル位置決め溝は、予め専用巻線機あるいは汎用巻線機や汎用フォーミング加工機などを使って巻かれたセパレートコイル２を嵌め込む際の位置・空間を規定するものであり、外周側の架橋部６３の両端に配置されたストッパ７２によって外側渡り線溝領域７１ｏの外枠が規定されている。

コイルケース６１には他のセパレートコイル２のコイルケースとの間の連結を可能とするための締結用ボルト６８を通すボルト通し孔６６が設けられている。本実施形態の場合には、ボルト通し孔６６は、例えば図２２、２３などに示すように、外側渡り線部４ｏが形成される架橋部６３の中央に渡り線と平行（つまり、軸方向）に設けられた固定用軸部６５に開けられている。この固定用軸部６５は、径方向内側に向けて細くなるくさび形を成し、磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓにおける導体のピッチが等しく維持されるように配慮されている。図２５に示すように、各外側渡り線部４ｏの固定用軸部６５のボルト通し孔６６に通した締結用ボルト６８で静止物に固定される円環状のコイル固定プレート３０を介在させて相互に連結することによって、コアレスコイル１が組み立てられる。尚、図示していないが、セパレートコイル２を導体のみで構成する場合には、接着剤などで固められた渡り線部の配線間に締結用ボルトを通すための隙間（孔）あるいは雌ねじが形成されることが望ましい。

以上のように構成されたコアレスコイル１は、アキシャル型回転機のステータコイルあるいはロータコイルとして組み込むことができる。例えば、図２４及び図２５に示すように、ステータコイルとして用いる場合、内側渡り線部４ｉにおける幅の異なる複数種の芯材及び図２２あるいは図２３に示すコイルケース６１を用いて、正面視形状並びに各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓと外側渡り線部４ｏとの幅が同じでありながら内側渡り線部４ｉの幅だけが異なる複数種のセパレートコイル、本実施形態の場合には種類のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを２組作製する。

この３種類のセパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃを３０°ずつ周方向にずらして順次入り込ませて入れ子構造とすることによって、最も広い幅Ｗ_３のセパレートコイル２ＣのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとの間の空所６０に次に広い幅Ｗ_２のセパレートコイル２Ｂと最も狭い幅Ｗ_１のセパレートコイル２Ａの各Ｎ極側磁束鎖交部３_Ｎが同心円上に順次露出するように配置される。同時に、最も広い幅Ｗ_３のセパレートコイル２ＣのＳ極側磁束鎖交部３_Ｓの円周方向外側に、次に広い幅Ｗ_２のセパレートコイル２Ｂと、最も狭い幅Ｗ_１のセパレートコイル２Ａの各Ｓ極側磁束鎖交部３_Ｓとが同心円上に順次露出するように連接されて、機械角で９０°ずつのＮ極側磁束鎖交部３_ＮとＳ極側磁束鎖交部３_Ｓとを有する機械角で１８０°の２組のセパレートコイル組みが構成される。

そこで、２組のセパレートコイル組みを、内ロータ２５を挟み込むように配置してから周方向に連結することによって、内ロータ２５を囲む円環状の箱形コアレスコイル１を組み立てることができる。ここで、２組のセパレートコイル組みは、一方のセパレートコイル組みの最も狭い幅Ｗ_１のセパレートコイル２Ａと他方のセパレートコイル組みの最も広い幅Ｗ_３のセパレートコイル２Ｃとが互いに嵌まり合うように向かい合わせて連結されることで、１つの円環状の箱形コアレスコイル１が構成される。これにより、１つの円環状箱形のコアレスコイル１が構成され、その中に内ロータ２５が収められる。

入れ子構造の各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、例えば各々のコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの外側渡り線部４ｏが配置される外周縁部に設けられた固定用軸部６５のボルト通し孔６６に締結用ボルト６８を通して、コイル固定プレート３０に植設された支柱７９に直接ねじ止めすることによって、あるいは図２８及び図２９に示すように環状あるいは円弧状（半円状）の連結板（図示省略）を介して相互に連結した上で、コイル固定プレート３０を介して相互に連結される。ここで、各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ並びにコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの相互に連結する部位は外周側だけでなく、必要に応じて内周側においても行うことがある。例えば、図２４及び図２５に示す実施形態の場合には、コアレスコイル１及び／又はコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内周面・円弧部６２とロータシャフト２９との間にラジアルベアリング７８が介在される場合には、ラジアルベアリング７７の外レースと３種類のコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内周面・円弧部６２との間にスリーブ７７が圧入あるいは接着などで固定されることによって、相互に連結される。また、図２８及び図２９に示すように、各々のコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内側渡り線溝領域７１ｉの側方にねじ孔８３を有する連結プレート８２をベアリング７８を介して配置し、片面の３枚の側面支持部６４部分のみをビス（図示省略）で締結することによって、連結プレート８２を介して相互に連結するようにしても良い。

また、図示していないが、各コイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内側渡り線溝領域７１ｉの内部あるいは外部の入れ子に組み込んだときに相互に重なる部分にボルト通し孔を設け、複数のセパレートコイル２の間に跨がるように配置された連結板を介在させてボルトで締結するようにしても良い。さらには、コイルケース６１を用いずに導体を接着剤で固めるだけでセパレートコイル２を構成する場合には、内側渡り線部４ｉあるいは外側渡り線部４ｏに入れ子に組み込んだときに相互に重なるボルト通し孔を設け、複数のセパレートコイルの間に跨がるように配置された連結板を介在させてボルトで締結するようにしても良い。

その後、外ロータ２６をロータシャフト２９に嵌め込んで軸方向からコアレスコイル１の両側を挟み込むように配置し、ロータシャフト２９と平行に界磁束が形成される永久磁石アキシャル型回転機が組み立てられる。尚、コアレスコイル１の内側に配置される一組の永久磁石５８は、ヨーク７４を介して同極同士を背中合わせに貼着され、共通の１枚の内ロータプレート７３に取り付けられるようにしている。なお、外ロータ２６は、永久磁石５９と、ヨーク７６と外ロータプレート７５に依って構成されている。

コアレスコイル１の配線は、例えば図１６に示すコアレスコイル１と同様に、隣合うセパレートコイルの巻き終りと巻始めとが順次電気的に接続されて、コアレスコイル１としての巻始めから巻き終りまでが１本のコイルとされている。また、複数本例えば４〜８本の導体を１つの溝に入れて巻線して成るコアレスコイル１とする場合には、コイル巻始めと巻き終りとの端末を利用して複数本の導体をシリーズに接続したり、パラレルに接続したりすることができる。

アキシャル型２極単相交流発電機において、外ロータ磁石５９は、図２４，２６，２８に示すように、例えば上半分側にＮ極が、下半分側にＳ極が配置されている。他方、内ロータ磁石５８は、上半分側にＳ極が、下半分側にＮ極が配置されている。本実施形態の場合は、外ロータ２６と内ロータ２５とにそれぞれ磁石が取り付けられているが、片側が磁石でもう一方は界磁ヨークで構成するようにしても良い。

この2極単相交流発電機によれば、ワイヤを巻いて永久磁石を包み込む円環状箱形のコアレスコイル１を構成することができるので、１つの内ロータ２５でツインアキシャル型回転機を構成することができる。しかも、外ロータ２６の永久磁石５９の内側のスペースを利用して軸方向に膨れた内側渡り線部４ｉが収められる。このため、２つのディスク型コアレスコイルを２組みのロータ磁石で挟む構造のツインアキシャル型回転機を構成する場合に比べて、薄型化・軽量化を可能とする。また、内ロータ２５を囲む円環状の箱形コアレスコイル１とすることで両端支持可能で且つ機械的強度が高くなるので、太い線が巻け、プリント基板にエッチングによりコイルを形成したディスク型コアレスコイルよりも流れる電流を大きくすることができる。しかも、必要最小限のギャップにすることができるので、鎖交する磁束密度の減少が少なくなる（結果として磁束密度が大きくなり）。したがって、高出力を可能とする。

尚、図示していないが、本実施形態のアキシャル型コアレスコイル１は、図１８及び図１９に示すラジアル型４極三相交流発電機に適用した実施形態と同様に、各セパレートコイル２の間の結線の組み合わせ並びに磁石の配置の変更によって、アキシャル型４極三相交流発電機としても容易に構成できる。

また、図２６〜図２７に本発明にかかるコアレスコイル１を適用したアキシャル型永久磁石回転機の他の実施形態を示す。このアキシャル型永久磁石回転機は、コアレスコイル１の外側に対向配置される２組の永久磁石５９を１枚の外ロータプレート７５で支持するようにしたものである。この外ロータプレート７５は、外周側で軸方向に折り曲げられ、コアレスコイル１を跨いでコイル１の反対側の側面に沿って先端側が径方向内側に向けて折り曲げられることによって軸方向において対向する２つの面を有し、対向した２面の内側の面に永久磁石５９がのそれぞれ固着されている。したがって、コアレスコイル１の周りでは、軸方向に対向配置された外側の永久磁石５９と内側の永久磁石５８とが、ロータシャフト２９と直交する面５６に沿って各磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓを挟んで回転する。

この実施形態におけるコアレスコイル１の連結並びに支持は、例えば、各々のコイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの外側渡り線部４ｏが配置される外周縁部に設けられた固定用軸部６５のボルト通し孔６６に締結用ボルト６８を通して、環状あるいは円弧状（半円状）の連結板８４を介して相互に連結される。他方、各セパレートコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・コイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内周側では、コアレスコイル１・コイルケース６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの内側に挿入され圧入あるいは接着などでスリーブ部分８０ａが固定されるフランジ付きスリーブ８０を備え、フランジ部分８０ｂをコイル固定プレート３０にボルト６８などでねじ止めするようにしても良い。この場合にも、ロータシャフト２９とスリーブ部分８０ｂとの間にはラジアルベアリング７８が介在されることが好ましい。尚、符号８１はねじ孔である。

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、上述の実施形態にかかる回転機は、コアレスコイルが固定され、永久磁石による磁気回路が回転するブラシレス構造となっているが、コアレスコイルをロータシャフトで回転可能に支持したロータコイルとし、整流子を備えればブラシ付き電動機として使用できる。

また、上述の実施形態にかかる永久磁石ラジアル型回転機では回転軸を有した駆動源から回転を入力する発電機例えば自動車エンジン用の発電機として用いることを想定しているが、ベアリングを内蔵すれば誘導機単体として使用できる。また、本発明のコアレスコイルは誘導機ばかりでなく、同期機のステータコイルあるいはロータコイルなどとしても組み込むことができる。

また、上述の実施形態においては、円環状箱形のコアレスコイル１のロータシャフト２９と平行に巻かれている外周縁部分の導体（ラジアル型コアレスコイルにおいては磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓ、アキシャル型コアレスコイルにおいては外側渡り線部４ｏ）の両端で、ロータシャフト２９と交わる面との成すコーナー部分の角度θが、ロータシャフト２９と直交する面に沿って径方向内側に折り曲げられ、内ロータ磁石２７あるいは５８に跨がる軸平面形状コの字形を成すように９０°に形成されているが、これに特に限られるものでなく、９０°≦θ＜１８０°の範囲内であれば良い。なかでも、コアレスコイル１のコンパクト化を図るためには、コーナー角度θは９０°であることが好ましいが、エナメル構造（絶縁構造）によっては９０°に折り曲げると皮膜がひび割れする可能性があるので、場合によっては緩やかな角度例えば１１０°〜１２０°の略ハの字型（即ち、〔形を９０°回転させたような形態）に折り曲げられても良いし、あるいは大きな曲面を構成するようにしても良い。さらには、コアレスコイル１のロータシャフト２９と平行に巻かれている外周縁部分の導体と、ロータシャフト２９と直交あるいは交わる面との間に例えば１２０°〜１５０°の比較的緩やかな斜面を形成して、２段階に折れ曲がるようにして、それぞれの折れ曲がり角度が９０°を超えるようにしても良い。

また、上述の実施形態においては、内側に配置される永久磁石あるいはマグネットヨークを囲うように径方向内側に折り曲げられた導体部分（ラジアル型コアレスコイルにおいては渡り線部４、アキシャル型コアレスコイルにおいては磁束鎖交部３_Ｎ，３_Ｓと内側渡り線部４ｉ並びに外側渡り線部４ｏの一部）が同じ長さの軸平面形状コの字形を成す円環状箱形のコアレスコイルに形成されているが、これに特に限られず、一方の長さが他方の長さに比べて短い非対称な形状とされても良い。本明細書において、軸平面形状コ形とは、界磁束を構成する一方の永久磁石あるいは界磁ヨークを囲繞し円環状箱形を成すものであることを意味しており、厳密な意味で直角に折れ曲がり全く等しい長さの対称形状である必要はない。

また、上述の実施形態では、コアレスコイル１を二極単相永久磁石型回転機・発電機に組み込む場合を例に挙げて主に説明したが、その用途は特に限られず、多極複相のラジアル型回転機例えば六極三相交流発電機などとして構成することも可能である。また、多極回転機に応用する場合の磁石角度は、当然、極数により決定される。例えば、１０極の場合は３６°となる。

また、コイルケースの形状は正面（軸方向）視形状において全て同じである必要はない。即ち、セパレートコイル２には必ずしもコイルケースの端から端まで巻かれることが無く、コイルケースの一部に導体が巻かれることもある。例えば、図示していないが、３種類の幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３（但し、Ｗ_１＜Ｗ_２＜Ｗ_３）のセパレートコイル２Ａ，Ｂ，Ｃのコイルケースの周方向角度θ_５を３０°ずつ狭くして、Ａは１８０°、Ｂは１５０°、Ｃは１２０°とすることによって、Ｃの領域では３つのセパレートコイル２の渡り線とコイルケースが、Ｂの領域では２つのセパレートコイル２の渡り線とコイルケースが、Ａの領域では１つのセパレートコイル２の渡り線とコイルケースがそれぞれ配置され、それが点対称に配置されたコアレスコイル１を構成するようにしても良い。この場合においても各セパレートコイル２に巻かれたコイルの磁束が通過する外周面部分の角度は同じに形成される。即ち、各セパレートコイル２に巻かれるコイルの幅は同じで、余白（コイルが巻かれていない領域）が６０°のものと、３０°のものと、０のものとの３種類のセパレートコイル２となる。これによって、３０°ずつずらして組み合わせることで、全体としては１８０°の範囲にコイルが巻かれたセパレートコイル２を構成するようにしても良い。

１ コアレスコイル
２ セパレートコイル
２Ａ 最も幅の狭いセパレートコイル
２Ｂ 中位の幅のセパレートコイル
２Ｃ 最も幅の広いセパレートコイル
３ 磁束鎖交部
３Ｎ Ｎ極側磁束鎖交部
３Ｓ Ｓ極側磁束鎖交部
４ 渡り線部
４ｏ 外側渡り線部
４ｉ 内側渡り線部
５，６２ 円弧部
７，１７，６０ 空所（他のセパレートコイルの磁束鎖交部及び渡り線部が入る空間） １０ 導体
１１，６１ コイルケース
１９，６９ 導体ガイド溝
２０，７０ 磁束鎖交部溝領域（コイル位置決め溝を構成する）
２１ 渡り線溝領域（コイル位置決め溝を構成する）
７１ｏ 外側渡り線溝領域（コイル位置決め溝を構成する）
７１ｉ 内側渡り線溝領域（コイル位置決め溝を構成する）
２５ 内ロータ
２６ 外ロータ
２７，５８ 内ロータ永久磁石
２８，５９ 外ロータ永久磁石
２９ メータシャフト

Claims (12)

1. 周方向に少なくとも２分割され、機械角で１８０°以下に分割された複数のセパレートコイルによって構成され、
   前記各セパレートコイルは、永久磁石のＮ極側に対応する磁束鎖交部と、永久磁石のＳ極側に対応する磁束鎖交部と、前記Ｎ極側磁束鎖交部と前記Ｓ極側磁束鎖交部の導体を繋ぐ渡り線部とを有し、
   複数の前記セパレートコイルを周方向に連結することによって、軸平面形状コ形のコイルを構成する
   ことを特徴とするコアレスコイル。
2. 前記セパレートコイルは、周方向にずらして互いに入り込ませがら組み合わせる入れ子構造にしたことを特徴とする請求項１記載のコアレスコイル。
3. 前記セパレートコイルには、該コイルを構成する導体を内側から支持して固定するコイルケースを備えることを特徴とする請求項１または２記載のコアレスコイル。
4. 前記セパレートコイルは、内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつ前記ロータシャフトと平行に巻かれている外周縁部分の導体によって前記ロータシャフトの径方向に形成される界磁束が通過する前記磁束鎖交部を構成し、前記渡り線部がロータシャフトと直交する面に沿って前記磁束鎖交部の導体の両端で径方向内側に折り曲げられかつ周方向に引き回されて前記ロータシャフト周辺を迂回し、前記磁束鎖交部と前記渡り線部とが軸平面でコの字形を成すものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
5. 前記セパレートコイルは、内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつ前記ロータシャフトと平行な界磁束が通過する前記Ｎ極側磁束鎖交部と前記Ｓ極側磁束鎖交部とがロータシャフトと直交する２つの面のそれぞれに形成され、かつこれらＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部の導体を繋ぐ前記渡り線部が前記Ｎ極側磁束鎖交部と前記Ｓ極側磁束鎖交部の径方向内側で前記ロータシャフトと交わる面に沿って求心方向並びに周方向に引き回されて前記ロータシャフトの周辺を迂回するように配線される内側渡り線部と、前記Ｎ極側磁束鎖交部と前記Ｓ極側磁束鎖交部の径方向外側で内ロータ磁石に跨がるような軸平面形状コの字形に形成されている外側渡り線部とによって構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
6. 前記コイルケースは、前記Ｎ極側磁束鎖交部及び前記Ｓ極側磁束鎖交部を収容する磁束鎖交部溝領域と、前記渡り線が収容される渡り線溝領域とを有するコイル位置決め溝を備えるものであり、予め巻回された前記セパレートコイルを前記コイル位置決め溝に嵌め込んで固定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
7. 前記コイルケースは、導体を巻回するための位置を導く複数本の導体ガイド溝によって、前記Ｎ極側磁束鎖交部及び前記Ｓ極側磁束鎖交部を収める磁束鎖交部溝領域と、前記渡り線を収める渡り線溝領域とを有するコイル位置決め溝を備えるものであり、前記導体を前記導体ガイド溝に沿って押し込むように巻き付けることによって当該コイルケースを巻芯として前記セパレートコイルが巻回されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
8. 前記セパレートコイルには、複数の前記セパレートコイルを相互に周方向に組み合わせて連結するための締結用ボルトを通す孔あるいはねじ孔を前記渡り線部の配線の間あるいは配線の外の領域に設けることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
9. 前記セパレートコイルを構成する前記導体は複数本であり、これら複数本の導体をコイル巻始めと巻き終りとの端末を利用して並列あるいは直列接続可能とする請求項１から８のいずれか１つに記載のコアレスコイル。
10. 内周側にロータシャフトが貫通する円弧部を有し、かつ導体を巻回するための位置を導く複数本の導体ガイド溝によってＮ極側磁束鎖交部及びＳ極側磁束鎖交部を収める磁束鎖交部溝領域と渡り線を収める渡り線溝領域とを形成するコイル位置決め溝を構成しかつ機械角で１８０°以下の扇形を成す軸平面形状コ形のコイルケースを巻心とし、前記導体を前記導体ガイド溝に沿って押し込みながら前記導体ガイド溝に沿って巻き付けることによって前記Ｎ極側磁束鎖交部と前記Ｓ極側磁束鎖交部及びこれらを繋ぐ前記渡り線部を巻回することを特徴とするセパレートコイルの製造方法。
11. 請求項１から９のいずれか１つに記載のコアレスコイルをステータコイルあるいはロータコイルとして用いることを特徴とする永久磁石型回転機。
12. ステータコイルと、前記ステータコイルの外側に位置する外ロータ磁石と前記ステータコイルの内側に位置する内ロータ磁石とを有する永久磁石型回転機において、請求項１から８のいずれか１つに記載のコアレスコイルを構成する複数の前記セパレートコイルを前記内マグネットロータを挟んで組み合わせて周方向に連結することによって前記内マグネットロータを囲む中が空洞の円環状箱形のステータコイルを構成し、その後外マグネットロータを軸方向から挿入して前記ステータコイルの外側に配置させることにより組み立てることを特徴とする永久磁石型回転機の製造方法。

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