JP6948748B1 - 中空円筒型コイル - Google Patents

Abstract

複数個のコイル単体が中空の円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されていることで周壁が形成されている円筒型コイル。コイル単体を形成する線材にかかるストレスが抑制されている中空の円筒型コイルを提案する。コイル単体は、導電性の線材が円筒型コイルの軸方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されることで第一巻線部分、第二巻線部分、第三巻線部分、第四巻線部分を備えている平板状のコイル体。周壁は、複数個の前記コイル単体が円周方向に連続的に配置されて形成されている内側円筒状コイル体と、内側円筒状コイル体の半径方向外側に配置される中間円筒状コイル体と、中間円筒状コイル体半径方向外側に配置される外側円筒状コイル体とからなる。内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体が互いに円周方向にずれて配置されていることで、内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体を構成するコイル単体の第一巻線部分、第二巻線部分、第三巻線部分、巻線部分が円筒型コイルの半径方向で２層でのみ重なり合って周壁が形成されている。

Description

この発明は、モータや発電機に使用される中空の円筒型のコイルに関する。

モータなどに使用される中空の円筒型のコイルに関しては従来から種々の提案が行われている。

例えば、特許文献１、２には、複数個のコイル単体が、円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に積み重ねられていることで周壁が形成されている中空円筒型コイルが提案されている。各コイル単体は、それぞれ、導電性の線材が、円筒型コイルの軸方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されている平板状のコイル体で、前記巻回軸の側に中央空間部が形成されているものである。

特開２００７−１２４８９２号公報 特開２０１３−１９８３９８号公報

特許文献１、２に記載されている中空円筒型コイルでは複数個のコイル単体を円筒型コイルの円周方向に連続的に配置して中空円筒型コイルの周壁を形成するにあたって複数個のコイル単体を円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に積み重ねている。

特許文献１、２記載の発明における各コイル単体は、導電性のワイヤが円筒型コイルの軸方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されて形成されているものである。このコイル単体は、特許文献１の図２に符号８で図示され、特許文献２の図６に符号１８で図示されている、前記巻回軸の半径方向外側に向かってヘアピン型に膨出する膨出部を、中空円筒型コイルの上端側と下端側とに対応する先端部分に向かい合う側に備えていた。

引用文献１、２記載の発明では、特許文献１の図６に図示されているように、複数個のコイル単体が円周方向に屋根瓦状に積み重ねられて円筒型コイルの半径方向にずれが生じる領域に上述のヘアピン型の膨出部８、１８が位置するようにしている。これによって、コイル単体を形成するワイヤがこの領域で傷ついたり、千切れたりすることを防止する上で有効であるとされている（特許文献１の００３６段落、００３７段落。特許文献２の００１９段落）。

引用文献１、２記載の発明で、各コイル単体における巻回軸の半径方向外側に向かってヘアピン型に膨出する膨出部８、１８は、上述した効果を発揮させる上で有利であるとされているが、各コイル単体を形成するワイヤがそこで巻回軸の半径方向外側に向かって屈曲することを必須にする構造である。そこで、コイルに通電されたときにこの部分で電気抵抗が増加することを避けられなかった。

この発明は、複数個のコイル単体が、円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されていることで周壁が形成される中空円筒型コイルにおいて、半径方向の厚みが小さく、コイル単体を形成している線材にかかるストレスが抑制されていると共に、通電時の電気抵抗を抑えることができ、良好な電気特性を発揮できる中空円筒型コイルを提案することを目的にしている。

複数個のコイル単体が、中空の円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されて周壁が形成されている円筒型コイルであって、
前記コイル単体は、周囲が絶縁処理されている導電性の線材が、前記円筒型コイルの軸方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されることで前記軸方向の部分を形成する第一巻線部分及び第二巻線部分と、前記第一巻線部分の前記軸方向における一方の側と前記第二巻線部分の前記一方の側との間を形成する第三巻線部分と、前記第一巻線部分の前記軸方向における他方の側と前記第二巻線部分の前記他方の側との間を形成する第四巻線部分とを備えている、平板状のコイル体で、
前記周壁は、
複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成されている内側円筒状コイル体と、複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成され前記円筒型コイルの半径方向で前記内側円筒状コイル体の外側に配置される中間円筒状コイル体と、複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成され前記半径方向で前記中間円筒状コイル体の外側に配置される外側円筒状コイル体とからなり、
前記内側円筒状コイル体、前記中間円筒状コイル体、前記外側円筒状コイル体が互いに前記円周方向にずれて配置されていることで、前記内側円筒状コイル体、前記中間円筒状コイル体、前記外側円筒状コイル体を構成する前記コイル単体の前記第一巻線部分、前記第二巻線部分、前記第三巻線部分、第四巻線部分が前記半径方向で２層でのみ重なり合って形成されている
円筒型コイル。

内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体を構成するコイル単体の第一巻線部分、第二巻線部分、第三巻線部分、第四巻線部分が、円筒型コイルの半径方向で２層でのみ重なり合っている形態で円筒型コイルの周壁を形成するようにした。

円筒型コイルの周壁はその軸方向から見たときに円筒型コイルの半径方向で３層の円筒状コイル体（内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体）によって構成されているが、内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体を互いに円筒型コイルの円周方向にずらして配置することで、円筒型コイル体の周壁の半径方向の厚みを、コイル単体の２層分の厚み相当にしている。

複数個のコイル単体が円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されて内側円筒状コイル体、中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体を形成し、更に、内側円筒状コイル体の半径方向外側に中間円筒状コイル体、中間円筒状コイル体の半径方向外側に外側円筒状コイル体が配置されて円筒型コイル１が形成される際に、コイル単体が、円筒型コイルの半径方向で屈曲する大きさは、コイル単体の厚さサイズを越えないものになり、コイル単体を形成する線材にかかるストレスを抑制することができる。円筒型コイルの半径方向で屈曲する大きさを小さくすることができるので線材が受ける機械的ストレスを小さくすることができる。

複数個の単位磁石が円周方向に隣接する単位磁石ごとに交互に磁極を異ならせ、隣接する単位磁石との間に所定の間隔をあけて配置されている円筒型磁石体を備えていて断面ドーナッツ状の磁界を形成している回転子と、上述した円筒型コイルとを備えている無鉄心の回転電気機械。

複数個のコイル単体が、円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されていることで周壁が形成される中空円筒型コイルにおいて、半径方向の厚みが小さく、コイル単体を形成している線材にかかるストレスが抑制されていると共に、通電時の電気抵抗を抑えることができ、良好な電気特性を発揮できる中空円筒型コイルを提供することができる。

本発明に係る中空の円筒型コイルの一実施形態の概略構造を説明する一部を省略した斜視図。 図１図示の円筒型コイルの周壁が軸方向から見たときに円筒型コイルの半径方向で３層の円筒状コイル体によって構成されることを説明する平面図。 コイル単体を形成する線材の断面構造の一例を表す図。 中空の円筒型コイルに採用されるコイル単体の一実施形態を説明する、円筒状コイルの軸方向に直交する側面方向（半径方向の外側から内側に向かう方向）から見た図。 （ａ）は図４図示のコイル単体が巻回軸の周りに線材が半径方向で外側に向かって膨出することなく螺旋状に複数回巻回されて形成されることを説明する一部を省略した図、（ｂ）は図５（ａ）とは異なる実施形態のコイル単体が巻回軸の周りに線材が半径方向で外側に向かって膨出することなく螺旋状に複数回巻回されて形成されることを説明する一部を省略した図。 複数のコイル単体によって内側円筒状コイル体（中間円筒状コイル体、外側円筒状コイル体）が形成される状態を説明する、円筒状コイルの軸方向に直交する側面方向（半径方向の外側から内側に向かう方向）から見た、一部を省略した図。 円筒状に形成されたときにコイル単体が同一の円筒状コイル体における円周方向で次位の同相のコイル単体と電気的に接続される構造の一例を説明する図。 内側円筒状コイル体の半径方向外側に中間円筒状コイル体が配置され、中間円筒状コイル体の半径方向外側に外側円筒状コイル体が配置される形態を説明する、円筒状コイルの軸方向に直交する側面方向（半径方向の外側から内側に向かう方向）から見た、一部を省略した図。 本発明の一実施形態に係るコアレスモータの回転中心軸に直交する方向での断面構造を説明する一部を省略した断面図。 図９図示のコアレスモータにおける各コイル単体のコイル開角と円筒型磁石体の円周方向に隣接する一対の磁石の極の幅との関係を説明する図。

この実施形態の中空の円筒型コイル１は複数個のコイル単体３から形成されている。複数個のコイル単体３が、円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されることで円筒型コイル１の周壁１ａが形成されている。

周壁１ａは、図２図示のように、内側円筒状コイル体４と、円筒型コイル１の半径方向で内側円筒状コイル体４の外側に配置される中間円筒状コイル体５と、円筒型コイル１の半径方向で中間円筒状コイル体５の外側に配置される外側円筒状コイル体６とからで構成されている。

内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６は、いずれも、複数個のコイル単体３が円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されて形成されている。

コイル単体３を形成する線材１０は、周囲が絶縁処理されている導電性の線材である。図３にその一例を示す。

図３図示の線材１０は、外周をエナメル層８で覆われている銅線７が複数本で束にされ、これがガラス繊維のような繊維状物９で覆われている。

中空の円筒型コイル１の円筒状の周壁１ａを形成するようにコイル単体３が円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置される前のコイル単体３は、図４図示のように平板状のコイル体である。

コイル単体３は、線材１０が、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向と直交する巻回軸３１（図４、図５）の周りに、螺旋状に複数回巻回されることで形成されている。

図４、図５図示の実施形態では、円筒型コイル１の軸３０が延びる方向の部分を形成する第一巻線部分１１及び第二巻線部分１２と、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における一方の側（図４の上側）と第二巻線部分１２の前記一方の側との間を形成する第三巻線部分１３と、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における他方の側（図４の下側）と第二巻線部分１２の他方の側との間を形成する第四巻線部分１４とを備えている。

第一巻線部分１１の横幅方向のサイズＷ_３−３、すなわち、円筒型コイル１の軸３０が延びる方向と直交する円筒型コイル１の円周方向に相当する横幅方向の第一巻線部分１１のサイズＷ_３−３と、第二巻線部分１２の横幅方向のサイズＷ_４−３とは略同一にしている。

第一巻線部分１１と第二巻線部分１２とが横幅方向に間隔をあけていることで第一巻線部分１１と第二巻線部分１２との間に中央空間部２３が形成されている。すなわち、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向と直交する巻回軸３１（図４）の周りに、線材１０が、螺旋状に複数回巻回されることで形成されているコイル単体３は、巻回軸３１の側に中央空間部２３を備えている。

図４、図５図示の実施形態では、第一巻線部分１１と第二巻線部分１２とは、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向に直線的に延びている。このような構造、形態に限られず、図４、図５でそれぞれ左右方向に曲線状に凸湾する構造、形態も採用可能である。

図３図示の線材１０が、巻回軸３１（図４、図５）の周りに螺旋状に複数回巻回されてコイル単体３の第一巻線部分１１、第三巻線部分１３、第二巻線部分１２、第四巻線部分１４が形成されていることから、平板状のコイル単体３の厚み（図４、図５の図面の前後方向のサイズ）は、線材１０の直径によって規定される。

コイル単体３が複数個円周方向に配置されてなる内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６が円筒型コイル１の半径方向に図２図示のように配置されてなる円筒型コイル１の周壁１ａの半径方向の厚みも線材１０の直径によって規定される。

中空の円筒型コイル１は、モータや発電機などに使用される。モータや発動機の稼働時、コイル単体３に流れる電流によって形成される電界の機能を考慮して内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６のそれぞれは、いずれも略同一構造、略同一サイズで形成しておくことができる。

なお、本発明において、構造、サイズについて略同一構造、略同一サイズとしているものは、相対比する構造、サイズが完全に同一の場合だけでなく、モータや発電機の稼働時に、この実施形態の円筒型コイル１が採用されているモータや発電機が、その設定されている出力、効率を発揮することに適した安定した電界が、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６を構成する複数のコイル単体３に流れる電流によって形成される程度に、実質的に同一の構造、実質的に同一のサイズの場合をも含む概念である。

図５（ａ）図示のように、コイル単体３は、線材１０が巻回軸３１の周りに半径方向で外側に向かって膨出することなく螺旋状に複数回巻回されてなるものである。線材１０が巻回軸３１の周りに半径方向で外側に向かって膨出することなく巻回されることから、図５（ａ）図示のように、線材１０が巻回軸３１の周りに巻回されている途中で線材１０が巻回軸３１の半径方向外側に向かって屈曲する部分が存在しない構造になる。

図４図示の実施形態では、第三巻線部分１３は、図４中、第一巻線部分１１の上端から第二巻線部分１２の上方へ斜めに向かう巻線部分１３ａと、第二巻線部分１２の上端から第一巻線部分１１の上方へ斜めに向かう巻線部分１３ｂとからで形成されている。

また、第四巻線部分１４は、図４中、第一巻線部分１１の下端から第二巻線部分１２の下方へ斜めに向かう巻線部分１４ａと、第二巻線部分１２の下端から第一巻線部分１１の下方へ斜めに向かう巻線部分１４ｂとからで形成されている。

コイル単体３における巻線部分１３ａが第三巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１３ｂが第三巻線部分第二傾斜辺になる。コイル単体３における巻線部分１４ａが第四巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１４ｂが第四巻線部分第二傾斜辺になる。

こうして、図４図示の実施形態では、コイル単体３は、６辺を有する亀甲状になっている。

上述したように、第一巻線部分１１、第二巻線部分１２は、図４でそれぞれ左右方向に曲線状に凸湾する構造、形態することが可能である。第三巻線部分１３、第四巻線部分１４も、図３図示の、巻線部分１３ａ、巻線部分１３ｂ、巻線部分１４ａ、巻線部分１４ｂのように直線状に延びる構造、形態に限られない。第三巻線部分１３を、図４の上側に向かって曲線状に凸湾する構造、第四巻線部分１４を、図４の下側に向かって曲線状に凸湾する構造にすることもできる。

この場合、図４図示の状態のコイル単体３は、図４において上下方向に長径、左右方向に短径を有する楕円形状や、長円形状になる。

図５（ｂ）は、符号３ａで示しているコイル単体が、楕円形状、長円形状に形成されている一例を示すものである。

内側円筒状コイル体４は、コイル単体３の第二巻線部分１２の円筒型コイル１の半径方向で内側あるいは外側に円筒型コイル１の円周方向における次位のコイル単体３の第一巻線部分１１が配置される形態でコイル単体３が円筒型コイル１の円周方向に複数個配置されて形成されている。

図６は、円筒型コイル１の周壁１ａを形成する円筒状に形成されていない状態で平板状であるときの内側円筒状コイル体４を、円筒型コイル１の半径方向外側から内側に向かってみたときの一部を省略した図である。

図６中、左端のコイル単体３の第二巻線部分１２の図４における前面側（すなわち、円筒型コイル１の半径方向外側）に、円筒型コイル１の円周方向で次位のコイル単体３（すなわち、図６において中間に位置しているコイル単体３）の第一巻線部分１１が配置されている。そして、図６において中間に位置しているコイル単体３の第二巻線部分１２の図６における前面側（すなわち、円筒型コイル１の半径方向外側）に、円筒型コイル１の円周方向で次位のコイル単体３（すなわち、図６において右端に位置しているコイル単体３）の第一巻線部分１１が配置されている。

このような形態でコイル単体３が、円筒型コイル１の円周方向に複数個配置されて内側円筒状コイル体４が形成される。

なお、図６では、円筒型コイル１の円周方向で前位（図６における左側）のコイル単体３の第二巻線部分１２の、円筒型コイル１の半径方向外側（すなわち、図６における前面側）に、円筒型コイル１の円周方向で次位（図６における右側）のコイル単体３の第一巻線部分１１が配置されているが、次位のコイル単体３の第一巻線部分１１が、前位のコイル単体３の第二巻線部分１２の、円筒型コイル１の半径方向内側（すなわち、図６における背面側）に配置されるようになってもよい。

中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６の構造も上述した内側円筒状コイル体４の構造と同一である。

この実施形態の円筒型コイル１が、例えば、三相モータ、三相回転電機に用いられる場合、円筒型コイル１の円周方向に複数個配置されるコイル単体３は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかを構成するコイル体になる。

この場合、図１、図２、図６、図示のように、円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されて円筒型コイル１の円筒状の周壁１ａを形成するコイル単体３は、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６のそれぞれにおける円周方向で次位の同相のコイル単体３と電気的に接続される。

図７は、この電気的な接続形態の一例を説明するものである。図中、符号３ａで示されているものはコイル単体３からなり、円筒型コイル１における内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５あるいは、外側円筒状コイル体６の円周方向で同一の相、例えば、Ｕ相を形成するものである。

この場合、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６のそれぞれにおいて、Ｕ相を形成するコイル単体３ａはコイル単体３ａを構成している線材１０ａを介して円周方向で次位に位置し、同じくＵ相を形成するコイル単体３ｂと電気的に接続される。コイル単体３ｂはこれを構成している線材１０ｂを介して円周方向で次位に位置し、同じくＵ相を形成するコイル単体３ｂと電気的に接続される。

同様の電気的接続が、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６のそれぞれにおいて、Ｖ相を形成する複数個のコイル単体同士の間で、また、Ｗ相を形成する複数個のコイル単体同士の間で行われる。

図１、図２図示のように、内側円筒状コイル体４の半径方向で外側に中間円筒状コイル体５、中間円筒状コイル体５の外側に外側円筒状コイル体６が配置されて円筒型コイル１の周壁１ａが形成される状態を図８を参照して説明すると次のようになる。

なお、図８では、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３を、円筒型コイル１の円周方向における前位のコイル単体３ａ−４、円周方向における次位のコイル単体３ｂ−４、円周方向における次位のコイル単体３ｃ−４で示している。

中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３を、円筒型コイル１の円周方向における前位のコイル単体３ａ−５、円周方向における次位のコイル単体３ｂ−５、円周方向における次位のコイル単体３ｃ−５で示している。

外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３を、円筒型コイル１の円周方向における前位のコイル単体３ａ−６、円周方向における次位のコイル単体３ｂ−６、円周方向における次位のコイル単体３ｃ−６で示している。

また、図８では、前位のコイル単体３の第二巻線部分１２の円筒型コイル１の半径方向内側あるいは半径方向外側に配置される次位のコイル単体３の第一巻線部分１１は、いずれも、前位のコイル単体３の第二巻線部分１２の円筒型コイル１の半径方向外側に配置されるとして図示している。

内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の中央空間部２３に、中間円筒状コイル体５を形成する円周方向で前位のコイル単体３ａ−５の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される中間円筒状コイル体５を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｂ−５の第一巻線部分１１が配置される。

同様に、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の中央空間部２３に、外側円筒状コイル体６を形成する円周方向で前位のコイル単体３ａ−６の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される外側円筒状コイル体６を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｂ−６の第一巻線部分１１が配置される。

ここで、半径方向で積層状態になっている中間円筒状コイル体５を構成するコイル単体３ａ−５の第二巻線部分１２、中間円筒状コイル体５を構成するコイル単体３ｂ−５の第一巻線部分１１と、半径方向で積層状態になっている外側円筒状コイル体６を構成するコイル単体３ａ−６の第二巻線部分１２、外側円筒状コイル体６を構成するコイル単体３ｂ−６の第一巻線部分１１とは、図８図示のように、円筒型コイル１の半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒型コイル１の円周方向に配置される形態になる。

また、中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ｂ−５の中央空間部２３に、外側円筒状コイル体６を形成する円周方向で前位のコイル単体３ａ−６の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される外側円筒状コイル体６を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｂ−６の第一巻線部分１１が配置される。

同様に、中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ｂ−５の中央空間部２３に、内側円筒状コイル体４を形成する円周方向で前位のコイル単体３ｂ−４の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される内側円筒状コイル体４を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｃ−４の第一巻線部分１１が配置される。

ここで、半径方向で積層状態になっている外側円筒状コイル体６を構成するコイル単体３ａ−６の第二巻線部分１２、外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ｂ−６の第一巻線部分１１と、半径方向で積層状態になっている内側円筒状コイル体４を構成するコイル単体３ｂ−４の第二巻線部分１２、内側円筒状コイル体４を構成するコイル単体３ｃ−４の第一巻線部分１１とは、図８図示のように、円筒型コイル１の記半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒型コイル１の円周方向に配置される形態になる。

また、外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の中央空間部２３に、内側円筒状コイル体４を形成する円周方向で前位のコイル単体３ａ−４の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される内側円筒状コイル体４を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｂ−４の第一巻線部分１１が配置される。

同様に、外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の中央空間部２３に、中間円筒状コイル体５を形成する円周方向で前位のコイル単体３ａ−５の第二巻線部分１２及び当該第二巻線部分１２の半径方向外側に配置される中間円筒状コイル体５を形成する円周方向で次位のコイル単体３ｂ−５の第一巻線部分１１が配置される。

ここで、半径方向で積層状態になっている内側円筒状コイル体４を構成するコイル単体３ａ−４の第二巻線部分１２、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第一巻線部分１１と、半径方向で積層状態になっている中間円筒状コイル体５を構成するコイル単体３ａ−５の第二巻線部分１２、中間円筒状コイル体５を構成するコイル単体３ｂ−５の第一巻線部分１１とは、図８図示のように、円筒型コイル１の記半径方向で互いに重なり合うことなく、円筒型コイル１の円周方向に配置される形態になる。

内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ（図４）の半径方向外側に、中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ（図４）が配置される。また、内側円筒状コイル体４をするコイル単体３ａ−４の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ（図４）の半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ（図４）が配置される。

この際、図８図示のように、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂの半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａが配置されている位置と、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂの半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａが配置されている位置とは、円筒型コイル１の半径方向で重ならない。

内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ（図４）の半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ（図４）が配置される。また、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ（図４）の半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ（図４）が配置される。

この際、図８図示のように、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第四巻線部分第二傾斜辺１３ｂの半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａが配置されている位置と、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ａ−４の第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂの半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａが配置されている位置とは、円筒型コイル１の半径方向で重ならない。

内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａの半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ（図４）が配置される。また、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａの半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ（図４）が配置される。

この際、図８図示のように、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａの半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂが配置されている位置と、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第三巻線部分第一傾斜辺１３ａの半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂが配置されている位置とは、円筒型コイル１の半径方向で重ならない。

内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ（図４）の半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ（図４）が配置される。また、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ（図４）の半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ（図４）が配置される。

この際、図８図示のように、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａの半径方向外側に中間円筒状コイル体５を形成するコイル単体３ａ−５の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａが配置されている位置と、内側円筒状コイル体４を形成するコイル単体３ｂ−４の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａの半径方向外側に外側円筒状コイル体６を形成するコイル単体３ａ−６の第四巻線部分第一傾斜辺１４ａが配置されている位置とは、円筒型コイル１の半径方向で重ならない。

上述した配置構造によって、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６を構成するコイル単体３の第一巻線部分１１、第二巻線部分１２、第三巻線部分１３、第四巻線部分１４は、円筒型コイル１の半径方向で２層でのみ重なり合っている形態で、円筒型コイル１の周壁１ａが形成されている。

すなわち、図２で説明したように、この実施形態の円筒型コイル１の周壁１ａは軸３０の方向から見たときに円筒型コイル１の半径方向で３層の円筒状コイル体（内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６）によって構成されているのであるが、周壁１ａは、コイル単体３の２層分の厚みしか有しないものとして形成されている。

これは、上述したように、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６が互いに円筒型コイル１の円周方向にずれて配置されていることで実現されている。

図示の実施形態では、中間円筒状コイル体５はその内側に配置されている内側円筒状コイル体４に対して、図８で、第一巻線部分１１の横幅方向分、すなわち、第二巻線部分１２の横幅方向分、円周方向（図８で右側方向）にずれて配置されている。また、外側円筒状コイル体６はその内側に配置されている中間円筒状コイル体５に対して、図８で、第一巻線部分１１の横幅方向分、すなわち、第二巻線部分１２の横幅方向分、円周方向（図８で右側方向）にずれて配置されている。

これによって、円筒型コイル１の周壁１ａが形成された際に、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６を構成するコイル単体３の第一巻線部分１１、第二巻線部分１２、第三巻線部分１３、第四巻線部分１４は、円筒型コイル１の半径方向で２層でのみ重なり合うようになっている。

図３を用いて説明した線材１０の繊維状物９をこれがガラス繊維のような加熱で溶融する部材にしておき、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６となる平板状のコイル体をそれぞれ複数個のコイル単体３を用いて上述したように準備し、更に、内側円筒状コイル体４の半径方向外側に中間円筒状コイル体５、中間円筒状コイル体５の半径方向外側に外側円筒状コイル体６を、内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６が互いに円筒型コイル１の円周方向に所定の変位量だけずらして配置し、その後に加熱し、繊維状物同士を熱融着させて周壁１ａがコイル単体３の２層分相当の厚で形成されている本実施形態の中空の円筒状コイル１にすることができる。

上述した構造にしていることから、複数個のコイル単体３が円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されて内側円筒状コイル体４、中間円筒状コイル体５、外側円筒状コイル体６を形成し、更に、内側円筒状コイル体４の半径方向外側に中間円筒状コイル体５、中間円筒状コイル体５の半径方向外側に外側円筒状コイル体６が配置されて円筒型コイル１が形成される際に、コイル単体３が、円筒型コイル１の半径方向で屈曲する大きさは、コイル単体３の厚さサイズを越えない。

そこで、コイル単体３を形成する線材１０にかかるストレスを抑制することができる。

また、円筒型コイル１の周壁１ａの半径方向の厚さはコイル単体３の厚さサイズの２倍相当の大きさで、少なくとも３倍を越えないものになる。

本実施形態の円筒型コイル１においては、周壁１ａを構成している複数個のコイル単体３は、いずれも、図５を用いて説明したように、線材１０が巻回軸３１の周りに巻回されている途中で線材１０が巻回軸３１の半径方向外側に向かって屈曲する部分が存在しない構造になっている。このため、特許文献１、２記載の発明のように、巻回軸の半径方向外側に向かってヘアピン型に膨出する膨出部を備えているコイル単体が使用される場合に比較するとコイルの経路の観点から電気抵抗の増加を抑制できるものになる。

そして、上述したように円筒型コイルの半径方向で屈曲する大きさを小さくすることができるので、線材１０が受ける機械的ストレスも小さくすることができる。

そして、上述したようにして組み立てられていることから、円筒型コイル１の周壁１ａの半径方向の厚さはコイル単体３の厚さサイズの２倍相当で、少なくとも３倍を越えないものになる。

図６、図８示の実施形態では、第一巻線部分１１、第二巻線部分１２は、中空円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向に直線的に延びていて、第三巻線部分１３、第四巻き線部分１４も直線状に延びる斜辺で説明した。しかし、このような直線的な構造に限られず、上述した配置形態を実現できるならば、第一巻線部分１１、第二巻線部分１２、第三巻線部分１３、第四巻き線部分１４が図５（ｂ）図示のように曲線状の構造にすることもできる。

（無鉄心の回転電気機械の実施形態）
上述した実施形態の中空の円筒型コイル１は、モータや発電機などの無鉄心の回転電気機械に使用される。図９、図１０を用いてその一実施形態を説明する。

上述した実施形態の中空の円筒型コイル１が、コアレスモータ４０を構成するハウジング４１内にステータに支持されて配備されている。コアレスモータ４０の回転中心軸４２は、中空円筒型コイル１の軸３０が延びる方向で円筒型コイル１の半径方向の中心に配備されている。中空の円筒型コイル１と同じく回転中心軸４２に対して同心円状に配備される回転子４３は、円筒型コイル１の軸３０が延びる方向、すなわち、回転中心軸４２が延びる方向に延びる円筒状のインナーヨーク４４と、アウターヨーク４５とからなり、図示の実施形態では、アウターヨーク４５の内周面に円筒型磁石体４６が配備されている。円筒型磁石体４６は、アウターヨーク４５の円周方向に隣接する単位磁石ごとに交互に磁極を異ならせ、隣接する単位磁石との間に所定の間隔をあけて配置されている。

アウターヨーク４５の内周面に円筒型磁石体４６が配備されていることでインナーヨーク４４とアウターヨーク４５とからなる回転子４３に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている。なお、円筒型磁石体４６はインナーヨーク４４の外周に配備されている形態にすることもできる。

回転子４３に断面ドーナッツ状の磁界が形成されている下で中空の円筒型コイル１に対して所定の通電を行い、回転子４３を回転中心軸４２を中心として円周方向に回転させ、コアレスモータ４０を稼働させる。

上述した実施形態の中空の円筒型コイル１において、第一巻線部分１１、第二巻線部分１２が、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向に直線的に延びている構造の場合、この実施の形態のコアレスモータ４０では、図９図示のように、第一コイル単体３等における第一巻線部分１１と第二巻線部分１２との間に形成されるコイルの開角と、円筒型磁石体４３の円周方向に隣接する一対の磁石の局の幅とを略同一にすることができる。

この実施の形態のコアレスモータ４０で、図９図示の構造を採用するとトルク効率を最大化することができるので有利である。

ここではコアレスモータの実施形態を説明したが、発電機の構造はモータの構造と基本的に同一である。上述したコアレスモータの構成、構造において、回転子４３が入力された回転力によって回転することで発電が行われるのが発電機になる。そこで、本発明では、上述した構成、構造を有する発電機の実施形態にすることも可能である。

Claims (10)

1. 複数個のコイル単体が、中空の円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されて周壁が形成されている円筒型コイルであって、
   前記コイル単体は、周囲が絶縁処理されている導電性の線材が、前記円筒型コイルの軸が伸びる方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されることで前記円筒型コイルの前記軸が伸びる方向の部分を形成する第一巻線部分及び第二巻線部分と、前記第一巻線部分の円筒型コイルの前記軸方向における一方の側と前記第二巻線部分の前記一方の側との間を形成する第三巻線部分と、前記第一巻線部分の円筒型コイルの前記軸方向における他方の側と前記第二巻線部分の前記他方の側との間を形成する第四巻線部分とを備えている、平板状のコイル体で、
   前記周壁は、
   複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成されている前記円筒型コイルの半径方向における複数の層からなり、
   
   前記コイル単体は、前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とが前記円筒型コイルの前記軸が伸びる方向と直交する前記円周方向に相当する横幅方向に間隔をあけていることで前記第一巻線部分と前記第二巻線部分との間に中央空間部を備えており、
   前記第一巻線部分の前記横幅方向のサイズと、前記第二巻線部分の前記横幅方向のサイズとは略同一で、
   前記周壁を構成する複数の前記層では、それぞれを構成する前記コイル単体の前記第二巻線部分の前記半径方向で内側あるいは外側に、前記層のそれぞれを構成する前記円周方向における次位の前記コイル単体の前記第一巻線部分が配置される形態で前記円周方向に複数個配置されて形成され、
   複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成されている前記円筒型コイルの半径方向における複数の前記層からなる前記周壁における前記層のそれぞれは、いずれも略同一構造、略同一サイズである
   円筒型のコイル。
2. 複数個のコイル単体が、中空の円筒型コイルの円周方向に連続的に配置されて周壁が形成されている円筒型コイルであって、
   前記コイル単体は、周囲が絶縁処理されている導電性の線材が、前記円筒型コイルの軸が伸びる方向と直交する巻回軸の周りに螺旋状に複数回巻回されることで前記円筒型コイルの前記軸が伸びる方向の部分を形成する第一巻線部分及び第二巻線部分と、前記第一巻線部分の円筒型コイルの前記軸方向における一方の側と前記第二巻線部分の前記一方の側との間を形成する第三巻線部分と、前記第一巻線部分の円筒型コイルの前記軸方向における他方の側と前記第二巻線部分の前記他方の側との間を形成する第四巻線部分とを備えている、平板状のコイル体で、
   前記周壁は、
   複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成されている内側円筒状コイル体と、複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成され前記円筒型コイルの半径方向で前記内側円筒状コイル体の外側に配置される中間円筒状コイル体と、複数個の前記コイル単体が前記円周方向に連続的に配置されて形成され前記半径方向で前記中間円筒状コイル体の外側に配置される外側円筒状コイル体とからなり、
   前記コイル単体は、前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とが前記円筒型コイルの前記軸が伸びる方向と直交する前記円周方向に相当する横幅方向に間隔をあけていることで前記第一巻線部分と前記第二巻線部分との間に中央空間部を備えており、
   前記第一巻線部分の前記横幅方向のサイズと、前記第二巻線部分の前記横幅方向のサイズとは略同一で、
   前記内側円筒状コイル体、前記中間円筒状コイル体、前記外側円筒状コイル体は、それぞれを構成する前記コイル単体の前記第二巻線部分の前記半径方向で内側あるいは外側に、それぞれを構成する前記円周方向における次位の前記コイル単体の前記第一巻線部分が配置される形態で前記円周方向に複数個配置されて形成され、
   前記内側円筒状コイル体、前記中間円筒状コイル体、前記外側円筒状コイル体のそれぞれは、いずれも略同一構造、略同一サイズである
   円筒型のコイル。
3. 前記内側円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に、
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分とが
   前記円周方向に配置され、
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に、
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分とが
   前記円周方向に配置され、
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に、
   前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の前記第一巻線部分とが、
   前記円周方向に配置され
   ている請求項２記載の円筒型コイル。
4. 前記内側円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に配置されている
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分とは、
   前記半径方向で互いに重なり合うことなく、前記円周方向に配置され、
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に配置されている
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記外側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分とは、
   前記半径方向で互いに重なり合うことなく、前記円周方向に配置され、
   前記外側円筒状コイル体を形成する前記コイル単体それぞれの前記中央空間部に配置されている
   前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記内側円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の第一巻線部分と、
   前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で前位の前記コイル単体の前記第二巻線部分及び当該第二巻線部分の前記半径方向内側あるいは外側に配置される前記中間円筒状コイル体を形成する前記円周方向で次位の前記コイル単体の前記第一巻線部分とは、
   前記半径方向で互いに重なり合うことなく、前記円周方向に配置され
   ている請求項３記載の円筒型コイル。
5. 前記コイル単体は、前記線材が前記巻回軸の周りに半径方向で外側に向かって膨出することなく前記螺旋状に複数回巻回されてなる
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の円筒型コイル。
6. 前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とは前記円筒型コイルの前記軸が伸びる方向に直線的に延びている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の円筒型コイル。
7. 前記コイル単体は、６辺を有する亀甲状である請求項６記載の円筒型コイル。
8. 前記円周方向に複数個連続的に配置される前記コイル単体は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかを構成するコイル体である請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の円筒型コイル。
9. 複数個の単位磁石が円周方向に隣接する単位磁石ごとに交互に磁極を異ならせ、隣接する単位磁石との間に所定の間隔をあけて配置されている円筒型磁石体を備えていて断面ドーナッツ状の磁界を形成している回転子と、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の円筒型コイルとを備えている無鉄心の回転電気機械。
10. 前記コイル単体における前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とは前記軸方向に直線的に延びていて、
    前記コイル単体における前記第一巻線部分と前記第二巻線部分との間に形成されるコイルの開角と、前記円筒型磁石体の円周方向に隣接する一対の磁石の局の幅が略同一である請求項９記載の無鉄心の回転電気機械。
    

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