JP2018093577A - 巻線用電線並びにそれを用いたコイル及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線加工が容易でありながら占積率を上げ得ると共に渦電流を抑えることを可能とする。
【解決手段】１本又は複数本のエナメル素線１ａを平行またはリッツ状に束ねて２層または２の倍数層に編組まれた帯状の平編組線が用いられて平角線状または角線状に整形された巻線用電線１であり、これを巻いてコアの有り無しに関係なく高占積率で渦電流の少ないコイルを得るようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線用電線並びにそれを用いたコイル及び回転機（モータのみならず発電機を含む）に関するものである。

従来から、回転機の性能を上げるため、コイルの占積率を上げることが求められている。占積率が高いほど単位断面積当たりのアンペアターンを高められるので、巻線としての性能を高めることができる。

占積率を高くする回転機としては、例えば、ディスク状電機子を用いたプリントモータ（面対向型扁平ブラシレスモータとも呼ばれる）が知られている。このプリントモータは、絶縁された樹脂プレートの上の銅箔をエッチングすることによってコイルを形成している。

また、巻線用電線（エナメル線あるいはマグネットワイヤと呼ばれる）を巻いたコイルを使用する通常の回転機の場合には、巻線用電線を太くすれば簡単に高出力化できるが、占積率が低くなるという問題が伴う。ここで、丸線を圧延することで製造される導体形状が真四角の角線あるいは帯状の平角線は、丸線に比べて占積率が２０％〜３０％アップすることから、同外寸の丸線から成るコイルの場合よりも抵抗値を低くくすることができると共に、面接触による放熱性の向上効果もあるため、電流をより多く流すことが可能になる。また、巻数を増やすことも可能であり、同性能（抵抗値、巻数）のコイルの場合は、コイルの小型化の効果があると考えられている。そこで、コイルの小型化と性能の向上が図れると期待される高占積率の平角線コイルを用いた電動機が提案されている（非特許文献１、特許文献１）。

また、巻線用電線（エナメル線）をコアに巻き付けてコイルを形成している回転機の場合には、巻線用電線を太くすれば簡単に高出力化できるが、コアが小さくなると巻線用電線が曲げ難くコイルが巻けなくなるので、モータの小型化が難しくなる。コアが小さくなると、巻線用電線を巻き易くする柔軟な巻線用電線が必要であることから、細い丸線を多数撚り合わせて集合させることにより撓やかにしたリッツ線を用いることが行われている（特許文献２）。

特開２０１４−１６６１０２号公報 特開平０８−１２６２７５号公報

山元雄太、外２名「高占積率平角線コイルを用いた直接駆動型同期電動機の高トルク密度化」２０１３年３月５日発行、（全国大会）平成２５年電気学会全国大会論文集、第６４−６５頁、論文Ｎｏ．５−０３６

しかしながら、エッチング方式によるコイルは、メッキを積み上げて銅の肉厚を厚くしようとしても、それにも限界があることから銅を厚くとれない。このため、モータの出力を大きくするには限界がある。

また、丸線を圧延することで製造される角線あるいは平角線によるコイルは、巻線過程でどうしても線が捻れてしまうことから、角と角とが当たり絶縁が剥がれたりするので非常に巻き難いという問題がある。特に、断面形状が長方形である平角線の場合には、曲がり易さにも方向性がでてくるため、その点でも巻き難さ（曲げ加工性の低下）が伴う。

また、丸線を圧延することで帯状に製造される平角線は、丸線に比べて占積率が向上しても、巻線用電線としての断面積（導体断面積）は変わらないので、渦電流の発生に関して改善されるわけではない。つまり、渦電流の原因はコイル導体の断面積に比例して大きくなる為、渦電流の発生による発熱で回転機の出力効率を低下させる。この渦電流を抑制するためには巻線用電線の断面積を小さくする必要があるが、電流値に制約を受けるので、出力の大きい回転機を実現することができなくなる。

また、細い丸線を多数撚り合わせたリッツ線は、可撓性を有し小さなコアに巻き付け易くコンパクトなモータに適用する上で好ましいが、それを巻いてコイルを形成すると、隙間が生ずる点では、丸線を巻くのと変わりがない。つまり、リッツ線を巻いて作製したコイルは、丸線を巻いて作製したコイルに対して占積率が改善されるわけではない。

以上、従来の巻線用電線並びにそれを用いたコイルや回転機では、占積率を上げようとすると、巻き難くなったり、渦電流を抑えることができなかったりして、小型・軽量・高出力・高効率の全てを同時に実現することは難しい。

本発明は、巻線加工が容易でありながら占積率を上げ得ると共に渦電流を抑えることができる巻線用電線を提供することを目的とする。また、本発明は、渦電流を抑えると共に占積率の高いコイルを提供することを目的とする。さらに本発明は、小型・軽量・高出力・高効率化が可能な回転機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記載の発明にかかる巻線用電線は、１本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて２層または２の倍数層に編組まれた帯状の平編組線が用いられて平角線状または角線状であることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明にかかる回転機用コイルは、請求項１記載の前記巻線用電線を巻回して成る。

また、請求項３記載の発明にかかる回転機用コイルは、請求項２記載の回転機用コイルにおいて、エナメル素線の編み組まれる１または複数の束を1単位とする複数組みの接続束を備え、複数組みの前記接続束の一部の接続束を直列または並列に接続することでコイルの巻数が変えられるようにしている。

また、請求項４記載の発明にかかる回転機は、請求項２記載または請求項３記載の回転機用コイルを備えることを特徴とする。

また、請求項５記載の発明にかかる巻線用電線の製造方法は、１本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて編組して２層または２の倍数層の筒状の編線を作製する丸編み工程と、前記筒状の編線を平らに成型して平編組線とする平編み化工程と、前記平編組線を平角線または角線として整形する工程とを有することを特徴とする。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の巻線用電線の製造方法において、前記丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、前記平編み化工程においては前記中芯を抜いてから平らに成型することを特徴とする。

また、請求項７記載の発明にかかるコイル製造方法は、１本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて編組して２層または２の倍数層の筒状の編線を作製する丸編み工程と、前記筒状の編線を平らに成型して平編組線とする平編み化工程と、前記平編組線を平角線または角線として整形して巻線用電線を作製する工程と、前記巻線用電線を巻いてコイル化するコイル化工程と、コイル状に成型された前記巻線用電線を接着して固める工程とを有することを特徴とする。

また、請求項８記載の発明は、請求項７記載のコイル製造方法において、前記丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、前記平編み化工程においては前記中芯を抜いてから平らに成型することを特徴とする。

本発明にかかる巻線用電線及びそれを用いた回転機用コイルによれば、エナメル素線を編組し、平らに成型した平編組線によって平角線または角線に成形しているので、可撓性に優れ、コイルを作製する際に巻き易い。したがって、回転機用コイルを作製する際に、小さなコアにも巻き付けることができるし、コアが小さくてもあるいはコアレスであっても巻き易く作業が容易になる。

しかも、平編組線によって平角線または角線に成形された本発明の巻線用電線は、各々絶縁された細いエナメル素線の束であるため、回転機用コイルにしたときに、丸線を圧延することで製造される同じ導体断面積の平角線または角線に比べて、渦電流の発生が抑制され、それに伴う発熱も抑制される。同時に、平角線または角線であることにより面接触による放熱性の向上効果もあるため、電流をより多く流すことが可能になる。換言すれば、電気抵抗が小さくなるので、電流をより多く流すことが可能になり、回転機用コイルとしての効率が良くなる。

さらに、平角線または角線であるため、回転機用コイルにしたときの占積率が例えば２０％〜３０％アップすることから、同外寸の丸線から成るコイルの場合よりも抵抗値を低くくすることができると共に、巻数を増やすことも可能であり、単位断面積当たりのアンペアターンを高められる。同性能（抵抗値、巻数）のコイルの場合は、コイルの小型化の効果がある。

さらに、請求項３記載のコイルによれば、コイルとして完成した後でも、接続束の一部を選択的に直列接続または並列接続することにより、コイルとしての巻数を自在に変えることができる。

また、請求項４記載の回転機によれば、細いエナメル素線の平編組線によって平角線または角線に成形された巻線用電線は可撓性に優れコイルを巻き易い上に、渦電流が抑制されると共に占積率も高くなるので、電気抵抗が小さくなり、より多くの電流を流して効率が良くなる。したがって、本発明の回転機は、単位断面積当たりのアンペアターンを高めて、小型・軽量・高出力・高効率化が可能となる。

また、請求項５記載の発明にかかる巻線用電線の製造方法によれば、エナメル素線を丸編みして筒状の編線を作製してから平らに成型して平編組線とし、平角線または角線として整形するので、小断面積のエナメル素線の集合体である平編組線から成る平角線または角線の巻線用電線が簡単に製造できる。

さらに、巻線用電線の製造方法において、丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、平編み化工程においては中芯を抜いてから平らに成型する場合には、平編組線としたときのエナメル素線の並びが揃えられて密に配置されるので、巻線用電線の占積率をさらに高めることができる。

また、請求項７記載の発明にかかるコイル製造方法によれば、平編組線から成る平角線または角線の巻線用電線を巻いてコイル化し、その後に接着して固めるようにしているので、コイルを巻くときに巻線用電線の可撓性を生かして簡単にかつ隙間無く密に巻回することができると共に、製作し易い。

さらに、コイル製造方法において、丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、平編み化工程においては前記中芯を抜いてから平らに成型する場合には、平編組線としたときのエナメル素線の並びが揃えられて密に配置されるので、コイルの占積率をさらに高めることができる。

本発明にかかる巻線用電線の一実施形態を示す平面図である。 本発明にかかる巻線用電線を編組する過程を説明する図であり、（Ａ）はナメル線を編組した直後の筒状の中空の丸編組線の状態を示す断面図（エナメル組線は図示省略）、（Ｂ）は中空部を圧縮し平らに成型した平編組線の状態を示す断面図、（Ｃ）は丸編組線の潰す方向を縦横に交互に切り替えて平編組線としたときの説明図である。 本発明にかかる巻線用電線を用いて成形したコイルの一例を示す図で、（Ａ）はシングル巻コイルの正面図、（Ｂ）は同シングル巻コイルの接続束を直列に接続した状態を示す正面図、（Ｃ）はその側面図であり、（Ｄ）はダブル巻コイルの正面図、（Ｅ）は同シングル巻コイルの接続束を直列に接続した状態を示す正面図、（Ｆ）はその側面図である。 図３のシングル巻コイルを用いたアキシャルギャップ型コイルの一実施形態を示す原理図で、（Ａ）は１相分のコイルと磁石の配置との関係を示す正面図、（Ｂ）は側面図である。 図３のコイルを用いた３相のアキシャルギャップ型コイルにおける１相分のコイルと磁石の配置との関係を示す正面図であり、（Ａ）は直列接続、（Ｂ）は２束ずつの並列接続の状態を示す。 図３のコイルをリレー接続を用いて接続した３相のアキシャルギャップ型コイルにおける１相分のコイルと磁石の配置との関係を示す正面図であり、（Ａ）は直列接続、（Ｂ）は並列接続の状態を示す。 図３のコイルを直列接続で用いた３相のアキシャルギャップ型コイルと磁石の配置との関係を示す正面図である。 コイルが部分的に重なるように表裏に交互に重ねて巻く方法の一例を示す図であり、（Ａ）はアキシャルギャップ型コイルの配置関係を磁石との関係で示す正面図、（Ｂ）はコイルの側面図、（Ｃ）は一対の磁石間に挟まれたコイルの磁束鎖交領域の外でコイルを面外に折り曲げてコイルが部分的に重なるように配置した状態のコイルの拡大正面図、（Ｄ）は同コイルを重ねずに配置した場合の側面図、（Ｅ）は同コイルを重ねて配置した場合の側面図である。 本発明にかかるコイルをステータコイルとして用いたシングルアキシャルギャップ型交流面対向モータ（永久磁石型回転機）の一例を示す縦断面図である。 本発明にかかるコイルをステータコイルとして用いたダブルアキシャルギャップ型交流面対向モータ（永久磁石型回転機）の一例を示す縦断面図である。 本発明にかかるコイルをステータコイルとして用いたシングルラジアルギャップ型永久磁石型回転機の一例を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は重ね巻コイルの一例を示す平面図、（Ｄ）はその側面図である。

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。

図１に本発明の巻線用電線の一実施形態を示す。この巻線用電線１は、１本又は複数本の細いエナメル素線１ａを編組し、平らに成型した平編組線によって平角線または角線としたものである。例えば、巻線用電線１は、１あるいは複数本のエナメル素線１ａを並べたものを１束としてあるいは複数本を撚り合わせたものを１単位として編組することにより中空の丸編組線を作製し（図２（Ａ）参照）、その後中空部を圧縮し平らに成型することにより平編組線として平角線または角線として整形されるものである（図２（Ｂ）参照）。尚、図中のＡ寸法は編み線の幅、Ｂ寸法は編み線の厚み（エッジ側・短辺側の長さ）である。また、図中の符号１Ａ〜１Ｄは接続の１単位を成す接続束、１ｂはエナメル素線１ａの束あるいは撚り線の１単位を指し、各エナメル素線の束を区別するための添え字例えば１〜１２を付して１ｂ_１〜１ｂ_１２で示している。

本実施形態の巻線用電線１は、複数本例えば４本のエナメル素線１ａを１束として例えば２束平行編みで１２束（１ｂ_１〜１ｂ_１２）を編組し、２層の筒状の中空の丸編組線（図２（Ａ）参照）１’を形成し、次いで、例えばプレスで潰して中空部を圧縮し平らに成型した平編組線（図２（Ｂ）参照）とする。本実施形態の場合、平編組線から成る巻線用電線１は、４８本の素線（４本１束で、１２束）１ａの編み線で構成され、３束づつを並列に接続して１つの接続束とし、４つの接続束１Ａ〜１Ｄが作られている。エナメル素線１ａを編んで、筒状の編線（bridge wire;braided wire）を作製する際には、中芯２を用いて編むことが好ましい。中芯２を用いなくとも編むことはできるが、中芯２を用いて編む場合には、平編組線としたときのエナメル素線１ａの並びが揃えられて密に配置されるので、占積率をさらに高めることができる。プレスで潰しながら丸編組線１’の中空部を圧縮し平らに成型する際には、引っ張ることが好ましい。これにより平編組線が延びた状態で平角線または角線に整形されてるので、コイルを巻くときにテンションがかかっても、そのときに延びることがない。尚、図１に例示する巻線用電線１は、複数本のエナメル素線１ａを横に並べて束として編組しているが、これに特に限られるものではなく複数本のエナメル素線１ａを撚り合わせること、例えばリッツ線とすることで１単位（１束）として編組しても良いし、１本のエナメル素線１ａを単位に編組するようにしても良い。さらに、本実施形態における編み方は一重編組（２層）であるが、場合によっては二重編組（４層）あるいは三重編組（６層）としても良い。例えば、丸編み（２層）の状態の上に、さらに丸編みをして４層の二重編組とし、それを潰して８層８接続束の平編組線としてから平角線あるいは角線に成型しても良い。また、丸編組線１’を潰す方法は、例えば縦方向あるいは横方向からのいずれでも良いし、縦あるいは横へと交互に潰すようにしても良い（図２（Ｃ）参照）。

エナメル線は、絶縁性樹脂のワニスを導体に焼き付けたものの総称であり、さまざまな絶縁性樹脂の使用が可能であり、例えばポリウレタン銅線（ＵＥＷ）、ポリエステル銅線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド銅線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド銅線（ＡＩＷ）、ポリイミド銅線（ＰＩＷ）などが一般的なものとして挙げられるが、これらに限られるものではない。ここで、エナメル線のなかでもポリウレタン銅線の使用が好ましい。このポリウレタン銅線の場合、熱を加えるとエナメルが剥げることから、コイルを半田浴に漬けるだけでエナメルを剥がして多数の素線毎の接続作業が容易となる。しかも、ポリウレタン銅線の場合、一旦中空の丸編組線１’に編組してから（図２（Ａ））中空部を圧縮し平らに成型した平編組線とする際に（図２（Ｂ））、エナメル素線１ａを編むときにかかるテンション（張力）とプレス時の圧力によってエナメル素線１ａが動いて素線間隔が変動したり位置ずれを起こしたりするのを防いで、エナメル素線１ａのエナメル皮膜の剥がれを防いだり、エナメル素線１ａの配列の乱れを効果的に防ぐことができる。尚、エナメル素線１ａの素材は、一般的には銅線であるが、これに特に限られず、アルミ線、ＯＦＣ（無酸素銅線）、ニッケルメッキ軟銅線なども使用可能である。

エナメル素線１ａは、その断面形状が特定の形状であることを要求されず、丸線でも良いし、角線あるいは平角線でも良い。また、エナメル素線１ａを編組した筒形の丸編線の形状も、図２（Ａ）に示すような円筒に特に限られず、楕円筒であっても、多角形筒であっても良い。

ここで、エナメル素線１ａは、巻線用電線１としての導体断面積に比べて十分に細いものであり、平編組線とした場合において十分な可撓性を保持しうる線径であることが望ましい。例えば、一般に市販されている直径０．０５ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の丸エナメル線や、０．０５ｍｍ×０．０５ｍｍ〜１．２×１．２ｍｍｍｍ程度の角エナメル線あるいは多角形エナメル線などが使用可能である。もっとも、回転機の出力を上げるには太い巻線の使用が好ましいが、平編組線としての可撓性を保ち、渦電流損を減らすという観点からは可能な限り細い素線例えば直径１ｍｍ以下のエナメル素線を使用することである。したがって、平編組線としての可撓性、高占積率化並びに渦電流損の低減を図るには、例えば０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で、特に比較的大きな出力を必要としない場合には０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、より好ましく０．０５ｍｍ〜０．２６ｍｍ程度の範囲内で適宜線径を選択しても良い。

例えば、図２（Ａ）に示すように、丸編みエナメル銅製芯２の周りに直径０．３ｍｍφのエナメル素線１ａを４本１束として例えば２束平行編みで１２束を編組し、丸編みエナメル銅製芯２を引き抜いて筒状の中空の丸編組線１’を形成してから中空部を圧縮し平らに成型した平編組線とすることによって、幅３．６ｍｍ×厚み１．２ｍｍの平角線から成る可撓性のある図１の巻線用電線１が作製できる。

以上のように構成された平編組線から成る平角線または角線の巻線用電線１を用いることによって、丸エナメル線と同様に、様々のコイル並びに回転機を作製することができる。例えば、図３に本発明にかかる巻線用電線１で面対向モータ（扁平モータとも呼ばれる）に用いて好適な台形コイルを作製する例を示す。この種のコイル３は平編み線１のエッジ側（寸法Ｂで示す短辺側）が磁石と対峙することが望ましい。そこで、平角線に潰した平編組線の幅Ａの面を重ねるように、１本の平編組線から成る平角線または角線の巻線用電線１を渦巻き状に巻くことによってコイルを成型する。このコイル３は、接続束１Ａ〜１Ｄを直列または並列に接続することで巻数を変えられる。

例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に１本の巻線用電線１を内側から渦巻き状に巻いて外側で巻き終わるシングル巻コイルの例を示す。このコイル３は、例えば内周側に４つの接続束１Ａ〜１Ｄから成るコイル巻始め３ｓ、外周側にコイル巻終り３ｆを有し、各接続束１Ａ〜１Ｄを直列または並列に接続することでコイル３としての巻数を変えられる。例えば、巻始め３ｓの接続束１Ａ〜１Ｄの内の３接続束を巻終り３ｆ側の接続束１Ａ〜１Ｄの内の３接続束とコイル接続箇所４でコイル接続することにより直列に接続し、１接続束の巻始め３ｓと１接続束の巻き終わり３ｆとから成るコイルを成型することができる。

また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）に巻始め３ｓと巻終り３ｆとがコイルの外周になるダブル巻コイル（α巻、外外巻きコイルあるいはダブルパンケーキとも呼ばれる）３’の例を示す。このダブル巻コイル３’は、複数例えば４つの接続束１Ａ〜１Ｄを有している１本の巻線用電線１を内側から左右に２列並べて渦巻き状に巻き回して外側で巻き終わることにより２つのコイルを連続的に成型したものであり、導体を上下２層に渦巻き状に巻線したコイル要素である。このダブル巻コイル３’も前述のシングル巻コイル３と同様に、接続束１Ａ〜１Ｄの一部を直列または並列に接続することでコイルとしての巻数を変えられる。例えば、コイル外周の巻始め３ｓの内の３接続束をコイル外周の巻終り３ｆ側の内の３接続束とコイル接続箇所４においてコイル接続することにより直列に接続し、１束の巻始め３ｓと１束の巻終り３ｆとから成るダブル巻コイル３’を成型することができる。

そして、コイル状に成型された巻線用電線１は例えば接着によって固められる。例えば、絶縁樹脂または塗料等により各素線同士、さらに各束同士を相互に固定する。本実施形態の場合には、コイル状に加工した後に１２０℃程度の耐熱樹脂などから成る絶縁塗料で固める。

以上のように構成されたシングル巻あるいはダブル巻のコイル３，３’は、波巻あるいは重ね巻などとして、例えば永久磁石型回転機に用いられるアキシャルギャップ型あるいはラジアルギャップ型の回転機用コイルを構成することができる。
例えば、上述のコイルを使用したアキシャルギャップ型コイル及びその接続方法の一例を図４に示す。図４（Ａ）には一相分のコイルが環状に配置された６極の永久磁石に対して配置されている状態を示す。本実施形態の場合、一相分のコイルは、３巻きのコイル３，３’から成り、巻始め側のコイルの巻終り３ｆと次のコイルの巻始め３ｓの４つの接続束１Ａ〜１Ｄ同士が結線箇所５で結線されて、さらに中間のコイルの巻終り３ｆと巻終り側のコイルの巻始め３ｓの４つの接続束１Ａ〜１Ｄ同士が結線箇所５で結線されて成る。そして、磁石６に沿って円環状に配置した３巻きのコイル３，３’によって、円環の径方向外側から巻始め、外側で巻き終わるコイル回路を構成している。コイル３，３’は、図４（Ｂ）に示すように、対向配置される一対の磁石６の間のギャップ部分に、巻線用電線１の厚み方向即ち符号Ｂで示される厚み寸法が入れられている面が磁石と対峙するように（換言すれば、巻線用電線１の幅Ａがロータ軸９と平行に配置されるように）配置されている。尚、図中の符号６は永久磁石、７はヨーク、８は磁性体または非磁性体の磁石ホルダー、９はロータ軸を示す。尚、磁石６に沿って円環状に配置された複数のコイル３，３’によって構成されるコイル回路としては、上述の外巻始め、外巻終りの実施形態に限られず、径方向内側から巻始め、内側で巻終るようにしても良い。

また、図５（Ａ）に示すように、コイル３，３’の巻始めの接続束１Ａ〜１Ｄの内の３接続束例えば１Ａ〜１Ｃを巻終り側の接続束１Ａ〜１Ｄの内の３接続束例えば１Ｂ〜１Ｄとコイル接続箇所４で直列に接続し、１つの接続束例えば１Ｄの巻始め３ｓと１接続束例えば１Ａの巻終り３ｆとから成る直列接続コイルを構成することができる。また、図５（Ｂ）に示すように、コイル３，３’の巻始め３ｓの接続束を２束ずつ例えば１Ａと１Ｂ並びに１Ｃと１Ｄをそれぞれ接続する一方、各コイル間の接続束を結線箇所５でそれぞれ直列に結線し、最後のコイルの巻終り３ｆの接続束の内の２束例えば１Ｃと１Ｄをコイルの巻始めの２組の並列接続された接続束の一方例えば１Ａと１Ｂと２束ずつコイル接続箇所４においてコイル接続して、２接続束ずつの直列接続された並列接続の巻線回路が構成される。

各コイル３，３’のコイル接続箇所４または結線箇所５における接続束１Ａ〜１Ｄの接続は、場合によってはリレー接続などを用いて切り替え可能にすることもできる。例えば、図６に示すように、巻始め側コイルの巻始め３ｓの接続束１Ａ〜１Ｄと巻終り側コイルの巻終り３ｆの接続束１Ａ〜１Ｄとをリレー回路１０で接続すれば、（Ａ）に示すように直列接続のコイルに切り替えたり、（Ｂ）に示すように並列接続のコイルに瞬時に切り替えることを実現することができる。尚、巻始め３ｓ並びに巻終り３ｆの各接続束１Ａ〜１Ｄの１つは、各々リレー回路１０に接続される接続束と、巻始め３ｓとされる接続束とに分岐されている。

また、図７にアキシャルギャップ型コイルの３相分のコイルと磁石の配置の一例を示す。このコイルは、３相交流回転機（永久磁石型回転機）としても構成することができるし、整流子を加えることでＤＣ回転機としても構成することができる。このコイルはシングル巻コイル３，３’を３個ずつ３相分順繰りに周方向に配置して、同相コイル３，３’同士をコイル接続４して各相の端のコイル３，３’から巻始め３ｓと巻終り３ｆの４つの接続束１Ａ〜１Ｄをそれぞれ引き出したものである。このコイル３，３’は樹脂・接着剤で固められて一体化されると共に各コイル３，３’の磁石６と鎖交する直線導体部分がＮ極側磁束鎖交部とＳ極側磁束鎖交部として機能するように磁石６との配置関係が保たれている。尚、図中の符号１１はＵ相コイル、１２はＶ相コイル、１３はＷ相コイル、１１ｓはＵ相コイル巻始め、１２ｓはＶ相コイル巻始め、１３ｓはＷ相コイル巻始め、１１ｆはＵ相コイル巻終り、１２ｆはＶ相コイル巻終り、１３ｆはＷ相コイル巻終りである。

また、図８にアキシャルギャップ型コイルを重ね巻した場合の３相分のコイルと磁石の配置の一例を示す。このコイルは、図７のコイルと同様に、３相交流回転機（永久磁石型回転機）としても構成することができるし、整流子を加えることでＤＣ回転機としても構成することができる。Ｕ相コイル１１，Ｖ相コイル１２及びＷ相コイル１３の各コイルを機械角で４０°（電気角で１２０°）置きに順繰りに周方向に環状配置する一方、各相のコイルの間に重なるようにＵ相コイル１１，Ｖ相コイル１２，Ｗ相コイル１３の３相分のコイルを裏側に機械角で２０°（電気角で６０°）ずらして順繰りに周方向に環状配置してなる。即ち、図７のコイルを裏表にずらして重ね巻きすることでコイル数を増やしたものである。

このコイル配置は、（Ｂ）に示すように、単純に表側のコイル１１，１２，１３と裏側のコイル１１，１２，１３とを重ねて配置しても良いが、（Ｃ）に示すように磁石６の間の外に飛び出した部分を曲げ加工して重ねることで、磁石６の間ではコイル厚さを半分（コイル１個分の厚さＨ）にすることができる。尚、コイルは、シングル巻コイルでも、ダブル巻コイルでも、さらにはシングル重ね巻コイルでもダブル重ね巻コイルでも良い。

また、図９に上述のコイルをステータコイルとして用いたシングルアキシャル型の永久磁石型回転機の一例を示す。本実施形態では、コイル３，３’は、図９に示すように、対向配置される一対の磁石６の間のギャップ部分に、巻線用電線１の厚み方向の面が磁石６と対峙するように（換言すれば、ロータ軸９と平行に巻線用電線１の幅方向が配置されるように）配置されている。本実施形態において、磁石６はロータ軸９に固着された円盤状のヨーク７に磁性体または非磁性体の磁石ホルダー８を介して保持されているがこれに特に限られるものでない。尚、この実施形態によれば、回転機は、コイル３，３’を両側からＮＳ磁気回路で挟んでいるが、片面は磁石６ではなく磁性体ヨーク（図示省略）としても良い。図中の符号１６はローター磁性体を示す。また、本実施形態では、ステータコイルとして構成しているが、場合によってはロータコイルとして構成することもできることは言うまでもない。

さらに、図１０に２組みの上述のコイル３，３’をステータコイルとして用いたダブルアキシャル型の永久磁石型回転機の一例を示す。この実施形態の回転機では、中央のヨーク７には表裏両面に永久磁石６が配置されており、軸方向外側に対向配置されている永久磁石６との間で２対の磁気回路を構成している。尚、符号８の磁石ホルダーは磁性体、または非磁性体でも良いが、磁性体であることが好ましく（望ましく）、ホルダーの厚みは磁石厚みの１／２以下であることが望ましい。また、図中の符号１６はローター磁性体を示す。

本実施形態では、コイル３，３’は、対向配置される一対の磁石６の間のギャップ部分に、巻線用電線１の厚み方向の面が磁石６と対峙するように（換言すれば、ロータ軸９と平行に巻線用電線１の幅方向が配置されるように）配置されている。本実施形態において、磁石６はロータ軸９に固着された円盤状のヨーク７に磁性体または非磁性体の磁石ホルダー８を介して保持されているがこれに特に限られるものでない。尚、この実施形態によれば、回転機は、コイル３，３’を両側からＮＳ磁気回路で挟んでいるが、片面は磁石６ではなく磁性体ヨーク（図示省略）としても良い。また、本実施形態では、ステータコイルとして構成しているが、場合によってはロータコイルとして構成することもできることは言うまでもない。

また、本発明の巻線用電線１は、平編組線から成る平角線または角線であり可撓性に優れるため、配線の途中で容易に捩ったり、折り曲げたりすることが可能である。このため、配線時やコイル接続時あるいは結線時などに平角線を９０°捩ることで立てに配線することにより、作業をし易くしたり、配線密度を上げたりすることができる。これによって、コンパクト化できる利点がある。

また、本発明にかかるコイル３，３’は、例えば図１１に示すように、永久磁石型回転機のラジアル型ステータコイルとしても構成できる。この場合のコイル３，３’は、例えば図１１（Ｃ）に示すような矩形（あるいは亀甲形など）に巻かれたシングル巻コイルあるいはダブル巻コイルが円周方向に配置されて重ね巻きあるいは波巻接続され、円環状を成すように構成され、内ロータ磁性体１４と外ロータ磁性体１５との間のギャップ部分に配置される。例えば、三相コイルを構成する場合には、図１１（Ｃ）に示すように、３相分のコイルが順繰りに一部重なるように配置される。そして、図１１（Ｂ）に示すように、両磁石間に巻線用電線１の面（幅Ａ方向）が配置され、磁石に平編み組線の厚み方向Ｂの端面が向くように配置されている。このとき、コイル２の両磁石間の外にはみ出した部分を、図１１（Ｄ）に示すように互いに径方向外側と内側とに交互に逆方向に折り曲げて、図１１（Ｃ）に示すように重ね巻にすれば、一対の磁石６の間の磁束鎖交部では１つのコイル幅Ｈ（Ｂ寸法×巻数）に相当する厚みのコイルとして構成されるので、コイル密度の割にギャップ長を狭くすることができる。平編み線から成る巻線用電線１で構成されるコイル３，３’は、平編みの可撓性を備えているため、コイルとして成型するもの容易であるが、コイル３，３’の両磁石間の外にはみ出した部分の曲げ加工も容易に行える。尚、内ロータ磁性体１４は、ロータ軸９に固着されたリング状のヨーク７と、該ヨーク７に磁性体または非磁性体の磁石ホルダー８を介して保持されている磁石６とで構成されている。また、外ロータ磁性体１５は、図示していないロータケーシングに固着されたリング状のヨーク７と、該ヨーク７に磁性体または非磁性体の磁石ホルダー８を介して保持されている磁石６とで構成されている。

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、本発明にかかる巻線用電線によって構成されるコイルの一例として上述の実施形態では、コアレスコイル及びコアレスモータについて適用した例を挙げて主に説明したが、これに特に限られるものではなく、コアを有するコイル及びモータにも適用できることはいうまでもない。この場合においても、平編組線のエナメル平角線は小さなコアに容易に巻付けることができると共に高占積率のコイルにできるので、小型・軽量・高出力・高効率のコイル及びモータにできる。

また、上述の実施形態では、永久磁石型回転機に適用した例を挙げて主に説明したが、これに特に限られるものではなく、全ての回転機に適用できることは言うまでもない。また、誘導機単体としても使用できるし、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、上述の実施形態では、ステータコイルの例を挙げて説明しているが、これに特に限られず、ローターコイルとしても良いことは言うまでもない。また、コイルとしての利用が、ラジアル型でもアキシャル型でも良いことも言うまでもない。

更に、上述の実施形態では、主に回転機用コイルに適用した例を挙げて説明したが、これに特に限られるものではなく、他の技術分野のコイルとして例えばコードレス非接触型充電器コイルやソレノイドコイルなどとして適用することも可能である。

また、本発明にかかる巻線用電線１は、平編組線から成る平角線または角線であるため、エッジ側（短辺側）の曲がり難い方向への可撓性についても優れるので、エッジワイズコイルとして巻く場合にも容易に加工できるなど、有用である。また、本発明にかかる巻線用電線１によれば、コイル形状も上述の台形に限られず、矩形あるいは円形、鞍形に捩った曲げたコイルなど、必要とされる様々な形状のコイルとして容易に仕上げることができる。

また、上述の実施形態では、コイル３，３’の巻始め３ｓと巻終り３ｆとを選択的に他のコイル３，３’の各巻始め３ｓあるいは巻終り３ｆと接続することで、単相あるいは複相のコアレスコイルを構成することもできる。

また、エナメル素線１ａを編んで筒状の編線を作製する際には、必ずしも中芯２を用いて編むことはない。さらには、エナメル素線１ａの束１ｂ_１〜１ｂ_１２を編組しながら軸方向に張力が付与されて２層の帯状の平編組線に整形されながら平角線または角線として連続的に整形されるようにしても良い。

１ 巻線用電線
１ａ エナメル素線
１ｂ_１〜１ｂ_１２ エナメル素線の束あるいは撚り線（リッツ線）の１単位
１Ａ〜１Ｄ 接続束
３ シングル巻コイル
３’ダブル巻コイル

Claims (8)

1. １本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて２層または２の倍数層に編組まれた帯状の平編組線が用いられて平角線状または角線状であることを特徴とする巻線用電線。
2. 請求項１記載の前記巻線用電線を巻回して成る回転機用コイル。
3. 前記エナメル素線の編み組まれる１または複数の束を1単位とする複数組みの接続束を備え、複数組みの前記接続束の一部の接続束を直列または並列に接続することでコイルの巻数が変えられることを特徴とする請求項２記載の回転機用コイル。
4. 請求項２記載または請求項３記載の回転機用コイルを備える回転機。
5. １本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて編組して２層または２の倍数層の筒状の編線を作製する丸編み工程と、
   前記筒状の編線を平らに成型して平編組線とする平編み化工程と、
   前記平編組線を平角線または角線として整形する工程とを有する
   巻線用電線の製造方法。
6. 前記丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、前記平編み化工程においては前記中芯を抜いてから平らに成型することを特徴とする請求項５記載の巻線用電線の製造方法。
7. １本または複数本のエナメル素線を平行またはリッツ状に束ねて編組して２層または２の倍数層の筒状の編線を作製する丸編み工程と、
   前記筒状の編線を平らに成型して平編組線とする平編み化工程と、
   前記平編組線を平角線または角線として整形して巻線用電線を作製する工程と、
   前記巻線用電線を巻いてコイル化するコイル化工程と、
   コイル状に成型された前記巻線用電線を接着して固める工程とを有する
   ことを特徴とするコイル製造方法。
8. 前記丸編み工程においては中芯を用いて筒状の編線を作製し、前記平編み化工程においては前記中芯を抜いてから平らに成型することを特徴とする請求項７記載のコイル製造方法。

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