JP6989204B1 - 中空円筒型コイル - Google Patents

Abstract

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において、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円筒型コイルを提案する。複数個の第一コイル単体と、複数個の第二コイル単体と、複数個の第三コイル単体とが、中空円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって中空円筒型コイルの円筒状の周壁が形成されている。中空円筒型コイルの半径方向において、第一コイル単体、第二コイル単体、第三コイル単体が二層を越えて重なり合う箇所が存在していない。第一コイル単体、第二コイル単体、第三コイル単体を構成している線材は、第一コイル単体等が中空円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なることで円筒状の周壁を形成する際に、最大でも、前記円筒状コイルの半径方向における各コイル体の厚み分の屈曲を受けるだけである。第一コイル単体等が円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって周壁が形成される際、第一コイル単体等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厚さサイズを越えない。

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。

[１]
中空の円筒型コイルであって、
前記円筒型コイルの周壁は、複数個の第一コイル単体と、複数個の第二コイル単体と、複数個の第三コイル単体とが、前記円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって形成され、
前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、第三コイル単体は、それぞれ、
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、
前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、前記円筒型コイルの前記軸方向と直交する方向になる横幅方向のサイズが略同一で、
前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とが前記横幅方向に間隔をあけていることで前記巻回軸の側に中央空間部を備えていて、
前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体の前記第一巻線部分及び前記第二巻線部分の前記横幅方向のサイズ及び、前記中央空間部の前記横幅方向のサイズが略同一であって、
前記第一コイル単体の前記中央空間部に、前記第二コイル単体の第一巻線部分と、前記第三コイル単体の第一巻線部分とが前記円周方向に、前記円筒型コイルの半径方向で互いに重なり合うことなく配置されて前記周壁が形成されている
中空円筒型コイル。

複数個の第一コイル単体と、複数個の第二コイル単体と、複数個の第三コイル単体とが、中空の円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって円筒型コイルの円筒状の周壁が形成されている。

第一コイル単体、第二コイル単体、第三コイル単体が円筒型コイルの半径方向で二層を越えて重なり合う箇所が存在していない。第一コイル単体、第二コイル単体、第三コイル単体を構成している線材は、第一コイル単体等が円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なることで円筒状の周壁を形成する際に、最大でも、前記円筒状コイルの半径方向における各コイル体の厚み分の屈曲を受けるだけである。

第一コイル単体等が円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって周壁が形成される際、第一コイル単体等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厚さサイズを越えない。

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、前述した中空の円筒型コイルとを備えているコアレスモータあるいは発電機。

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観を表す一部を省略した斜視図。 各コイル単体を形成する線材の断面構造の一例を表す図。 本発明に係る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から見た図。 （ａ）は図３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４（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。 円筒状に形成されたときにコイル単体が円周方向における次位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。 第一コイル単体、第二コイル単体、第三コイル単体が円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なる形態を説明する、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７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、複数個の第一コイル単体３、複数個の第二コイル単体４、複数個の第三コイル単体５からで構成されている。

図１図示のように、複数個の第一コイル単体３、複数個の第二コイル単体４、複数個の第三コイル単体５が、円筒型コイル１の円周方向に連続的に配置されていることで円筒型コイル１の円筒状の周壁６が形成されている。

この実施形態では、円周方向に連続的に配置されている、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は屋根瓦状に重なるようになっている。

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、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５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第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５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、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が完全に同一構造、完全に同一サイズの場合だけでなく、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、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５に流れる電流によって形成される程度に、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が実質的に同一の構造、実質的に同一のサイズで形成されている場合をも含む概念である。

第一コイル単体２、第二コイル単体３、第三コイル単体４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２にその一例を示す。

図２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６を形成するように第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重ねられる前の第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、図３図示のように平板状のコイル体である。

いずれのコイル体も、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３）の周りに、図２図示の線材１０が、螺旋状に複数回巻回されて、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を備えているものになっている。

図４（ａ）図示のように、第一コイル単体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４（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（ａ）では第一コイル単体３についてのみ説明しているが、第二コイル単体４、第三コイル単体５も同一の構造である。

図２図示の線材１０が、巻回軸３１（図３、図４）の周りに螺旋状に複数回巻回されて第一巻線部分１１等が形成されていることから、平板状の第一コイル単体３等の厚み（図３の図面前後方向のサイズ）は、線材１０の直径によって規定される。

このように、第一コイル単体３等の、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向と直交する方向の厚さ方向サイズ（＝円筒型コイル１の半径方向のサイズ）であるコイル単体厚さサイズは略同一で、これは線材１０の直径によって規定されるものになっている。

第一巻線部分１１と第二巻線部分１２とは、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５において、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向の部分を形成する。

図３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３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。

第三巻線部分１３は、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における一方の側と第二巻線部分１２の軸３０が延びる方向における一方の側との間を形成している。図示の実施形態では、第三巻線部分１３は、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における上側と第二巻線部分１２の軸３０が延びる方向における上側との間を形成している。

第四巻線部分１４は、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における他方の側と第二巻線部分１２の軸３０が延びる方向における他方の側との間を形成している。図示の実施形態では、第四巻線部分１４は、第一巻線部分１１の軸３０が延びる方向における下側と第二巻線部分１２の軸３０が延びる方向における下側との間を形成している。

図３図示の実施形態では、第三巻線部分１３は、図３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３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。

第一コイル単体３における巻線部分１３ａが第一コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１３ｂが第一コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺になる。第一コイル単体３における巻線部分１４ａが第一コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１４ｂが第一コイル単体第四巻き線部分第二傾斜辺になる。

同様に、第二コイル単体４における巻線部分１３ａが第二コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１３ｂが第二コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺になる。第二コイル単体４における巻線部分１４ａが第二コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１４ｂが第二コイル単体第四巻き線部分第二傾斜辺になる。

また、第三コイル単体５における巻線部分１３ａが第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１３ｂが第三コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺になる。第三コイル単体５における巻線部分１４ａが第三コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺になり、巻線部分１４ｂが第三コイル単体第四巻き線部分第二傾斜辺になる。

こうして、図３図示の実施形態では、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、それぞれ、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３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３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３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３図示の状態の第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、それぞれ、図３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４（ｂ）は、符号３ａで示している第一コイル単体が、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。

第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、第一巻線部分１１と第二巻線部分１２とが、図３図示のように、円筒型コイル１の軸３０（図１）が延びる方向と直交する方向である横幅方向に間隔をあけていることで、巻回軸３１の側に中央空間部２３、２４、２５をそれぞれ備えている。

第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５の軸３０（図１）が延びる方向と直交する方向になる横幅方向のサイズＷ_１−３、Ｗ_１−４、Ｗ_１−５は、図３図示のように、略同一である。

第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５における中央空間部２３、２４、２５の横幅方向のサイズＷ_２−３、Ｗ_２−４、Ｗ_２−５は、図３図示のように、略同一である。

第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５における第一巻線部分１１の横幅方向のサイズＷ_３−３、Ｗ_３−４、Ｗ_３−５、第二巻線部分１２の横幅方向のサイズＷ_４−３、Ｗ_４−４、Ｗ_４−５は、図３図示のように、略同一である。

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、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５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図示のように、円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重ねられて円筒型コイル１の円筒状の周壁６を形成する第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、それぞれ、円周方向における次位の第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５と電気的に接続される。例えば、第一コイル単体３がＵ相コイル体、第二コイル単体４がＶ相コイル体、第三コイル単体５がＷ相コイル体であれば、円周方向に、第一コイル単体３（Ｕ相コイル体）、第二コイル単体４（Ｖ相コイル体）、第三コイル単体５（Ｗ相コイル体）が、順次、屋根瓦状に重ねられ、第一コイル単体３（Ｕ相コイル体）は円周方向の次位の第一コイル単体３（Ｕ相コイル体）に、第二コイル単体４（Ｖ相コイル体）は円周方向の次位の第二コイル単体４（Ｖ相コイル体）に、第三コイル単体５（Ｗ相コイル体）は円周方向の次位の第三コイル単体５（Ｗ相コイル体）にそれぞれ接続されるようになる。

図５は、この電気的な接続形態の一例を説明するものである。第一コイル単体３ａは第一コイル単体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する第一コイル単体３ｂと電気的に接続される。第一コイル単体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する第一コイル単体３ｃと電気的に接続される。第一コイル単体３ｃはこれを構成している線材１０ｃを介して円周方向で次位に位置する第一コイル単体３ｄと電気的に接続される。第二コイル単体４、第三コイル単体５の場合も同様である。

円筒型コイル１の円筒状の周壁６は、第一コイル単体３の中央空間部２３に、第二コイル単体４の第一巻線部分１１と、第三コイル単体５の第一巻線部分１１とが、円周方向に、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配置されることで形成されている。このような配置形態が円周方向に順次繰り返される。

すなわち、図６では、最も左側の第一コイル単体３_−１の中央空間部２３に、第二コイル単体４_−１の第一巻線部分１１_４−１と、第三コイル単体５_−１の第一巻線部分１１_５−１とが円周方向に、中空円筒型コイル１の半径方向で互いに重なり合うことなく配置される。

また、第二コイル単体４_−１の中央空間部２４に、第三コイル単体５_−１の第一巻線部分１１_５−１と、次位の第一コイル単体３_−２の第一巻線部分１１_３−２とが円周方向に、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配置される。なお、この際、第二コイル単体４_−１の中央空間部２４に位置する次位の第一コイル単体３_−２の第一巻線部分１１_３−２の半径方向内側に前位の（すなわち、図６における最左側の）第一コイル単体３_−１の第二巻線部分１２_３−１が位置することになる。

また、第三コイル単体５_−１の中央空間部２５に、第一コイル単体３_−２の第一巻線部分１１_３−２と、次位の第二コイル単体４_−２の第一巻線部分１１_４−２とが円周方向に、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配置される。なお、この際、第三コイル単体５_−１の中央空間部２５に位置する第一コイル単体３_−２の第一巻線部分１１_３−２の半径方向内側に前位の（すなわち、図６における最左側の）第一コイル単体３_−１の第二巻線部分１２_３−１が位置することになる。また、次位の第二コイル単体４_−２の第一巻線部分１１_４−２の半径方向内側に前位の（すなわち、図６における最左側の）第二コイル単体４_−１の第二巻線部分１２_４−１が位置することになる。

そして、次位の第一コイル単体３_−２の中央空間部２３に、次位の第二コイル単体４_−２の第一巻線部分１１_４−２と、次位の第三コイル単体５_−２の第一巻線部分１１_５−２とが円周方向に、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、配置されることになる。なお、この際、次位の第一コイル単体３_−２の中央空間部２３に位置する次位の第二コイル単体４_−２の第一巻線部分１１_４−２の半径方向内側に前位の（すなわち、図６における最左側の）第二コイル単体４_−１の第二巻線部分１２_４−１が位置することになる。また、次位の第三コイル単体５_−２の第一巻線部分１１_５−２の半径方向内側に前位の（すなわち、図６における最左側の）第三コイル単体５_−１の第二巻線部分１２_５−１が位置することになる。

図６はこのような配置形態の一例を表すものである。図３では、Ｗ_２−３＝Ｗ_２−４＝Ｗ_２−５、Ｗ_３−３＝Ｗ_３−４＝Ｗ_３−５＝Ｗ_４−３＝Ｗ_４−４＝Ｗ_４−５で、Ｗ_３−３×２＝Ｗ_２−３としている。

そこで、第一コイル単体３の中央空間部２３（横方向サイズＷ_２−３）に、第二コイル単体４の第一巻線部分１１（横方向サイズＷ_３−４）と、第三コイル単体５の第一巻線部分１１（横方向サイズＷ_３−５）とが円周方向に、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配置される。

中空の円筒型コイル１の円周方向に、屋根瓦状に重ね合わせられていく第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５の第三巻線部分１３、第四巻線部分１４における円筒型コイル１の半径方向における重なりは次のようになる（図６）。

第一コイル単体３_−１の第一コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第二コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−４と、第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−５とが重なる。

第一コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第二コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−４と、第三コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−５とが重なる。

第二コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−５と、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−３とが重なる。

第二コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−５と、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ｂ_−３とが重なる。

第三コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−３と、円周方向における次位の第二コイル単体４_−２の第二コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−４とが重なる。

第三コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−３と、円周方向における次位の第二コイル単体４_−２の第二コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−４とが重なる。

そこで、第一コイル単体３_−１の第一コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第二コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−４が重なるだけである。第一コイル単体３_−１の第一コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−５が重なるだけである。

第一コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第二コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−４が重なるだけである。第一コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−３の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−５が重なるだけである。

第二コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−５が重なるだけである。第二コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−３が重なるだけである。

第二コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、第三コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−５が重なるだけである。第二コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−４の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ｂ_−３が重なるだけである。

第三コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−３が重なるだけである。第三コイル単体第三巻線部分第二傾斜辺１３ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第二コイル単体４_−２の第二コイル単体第三巻線部分第一傾斜辺１３ａ_−４が重なるだけである。

第三コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の第一コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−３が重なるだけである。第三コイル単体第四巻線部分第二傾斜辺１４ｂ_−５の円筒型コイル１の半径方向外側に、円周方向における次位の第二コイル単体４_−２の第二コイル単体第四巻線部分第一傾斜辺１４ａ_−４とが重なるだけである。

そこで、筒型コイル１の半径方向において、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５といったコイル体同士が二層を越えて重なり合う箇所が存在していない。

この結果、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５を構成している線材１０は図３図示の平板状の状態から、図１図示のように、中空の円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重なることで円筒状の周壁６を形成する際に、最大でも、各コイル体の半径方向の厚み分の屈曲を受けるだけになる。

すなわち、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重なって周壁６が形成される際、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が円筒型コイル１の半径方向で屈曲する大きさは、コイル単体厚さサイズを越えない。

そこで、第一コイル単体３等のコイル単体を形成する線材１０にかかるストレスを抑制することができる。

本実施形態の円筒型コイル１においては、周壁６を構成している複数個の第一コイル単体３、第二コイル単体４、第二コイル単体５は、いずれも、図４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６の半径方向の厚さは第一コイル単体３等のコイル単体の厚さサイズの少なくとも３倍を越えないものになる。

図２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、上述したようにして円筒状に汲み上げた後に加熱し、繊維状物同士を熱融着させて本実施形態の中空の円筒型コイル１にすることができる。

図５、図７図示の実施形態で説明したように、この実施形態の中空円筒型コイル１の半径方向において、コイル体同士の間で重なり合いが起きるのは、第一コイル単体３_−１の巻線部分１３ｂ_−３と第二コイル単体４_−１の巻線部分１３ａ_−４、第一コイル単体３_−１の巻線部分１３ｂ_−３と第三コイル単体５_−１の巻線部分１３ａ_−５、第一コイル単体３_−１の巻線部分１２_３−１と円周方向における次位の第一コイル単体３_−２の巻線部分１１_３−２、第一コイル単体３_−１の巻線部分１４ｂ_−３と第二コイル単体４_−１の巻線部分１４ａ_−４、第一コイル単体３_−１の巻線部分１４ｂ_−３と第三コイル単体５_−１の巻線部分１４ａ_−５だけになる。

第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５は、略同一構造、略同一サイズであるので、この関係が周壁６の円周方向に繰り返される。

中空円筒型コイル１の半径方向においてコイル体同士の間で重なり合いが上述の箇所でのみ生じることで、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重なって周壁６が形成される際、第一コイル単体３、第二コイル単体４、第三コイル単体５が円筒型コイル１の半径方向で屈曲する大きさが、コイル単体厚さサイズを越えないものになる。

そこで、第一コイル単体３の巻線部分１３ｂと第二コイル単体４の巻線部分１３ａ、第一コイル単体３の巻線部分１３ｂと第三コイル単体５の巻線部分１３ａ、第一コイル単体３の巻線部分１４ｂと第二コイル単体４の巻線部分１４ａ、第一コイル単体３の巻線部分１４ｂと第三コイル単体５の巻線部分１４ａとは、図５、図７図示のように、いずれも、斜め方向で交差する関係になることが望ましい。

図３〜図６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、第一コイル単体３等は、それぞれ、６辺を有する亀甲状になっていたが、中空円筒型コイル１の半径方向においてコイル体同士の間で重なり合いが上述の箇所でのみ生じることで、第一コイル単体３等が円筒型コイル１の円周方向に屋根瓦状に重なって周壁６が形成される際、第一コイル単体３等が円筒型コイル１の半径方向で屈曲する大きさが、コイル単体厚さサイズを越えないものにする上で有利である。

（コアレスモータ、発電機の実施形態）
上述した実施形態の中空の円筒型コイル１は、モータや発電機に使用される。図８、図９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、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。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、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 (11)

1. 中空の円筒型コイルであって、
   前記円筒型コイルの周壁は、複数個のコイル単体が、前記円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって形成され、
   複数個の前記コイル単体は、それぞれ、
   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延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の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前記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、
   前記コイル単体のそれぞれはいずれも略同一構造、略同一サイズであって、前記円筒型コイルの前記軸方向と直交する方向になる横幅方向のサイズが略同一で、
   前記コイル単体のそれぞれにおける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、
   前記コイル単体のそれぞれは、前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とが前記横幅方向に間隔をあけていることで前記巻回軸の側に中央空間部を備えていて、
   前記コイル単体のそれぞれにおける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の和が、前記中央空間部の前記横幅方向のサイズと略同一であって、
   一つの前記コイル単体の前記中央空間部に、他の複数のコイル単体の第一巻線部分が前記円周方向に、前記円筒型コイルの半径方向で互いに重なり合うことなく配置されて前記周壁が形成されている
   中空円筒型コイル。
2. 前記コイル単体のそれぞれは、いずれも、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記載の中空円筒コイル。
3. 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又は２記載の中空円筒型コイル。
4. 前記コイル単体は、それぞれ、６辺を有する亀甲状である請求項３記載の中空円筒型コイル。
5. 前記コイル単体のそれぞれは、前記横幅方向に直交する厚さ方向のサイズが略同一のコイル単体厚さサイズで、
   複数個の前記コイル単体が前記円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって前記周壁が形成される際、前記コイル単体のそれぞれが前記半径方向で屈曲する大きさが前記コイル単体厚さサイズを越えない
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の中空円筒型コイル。
6. 中空の円筒型コイルであって、
   前記円筒型コイルの周壁は、複数個の第一コイル単体と、複数個の第二コイル単体と、複数個の第三コイル単体とが、前記円筒型コイルの円周方向に屋根瓦状に重なって形成され、
   前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、それぞれ、
   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延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の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前記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、
   前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、いずれも略同一構造、略同一サイズであって、前記円筒型コイルの前記軸方向と直交する方向になる横幅方向のサイズが略同一で、
   前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体における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、
   前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、前記第一巻線部分と前記第二巻線部分とが前記横幅方向に間隔をあけていることで前記巻回軸の側に中央空間部を備えていて、
   前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体の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の和が、前記中央空間部の前記横幅方向のサイズと略同一であって、
   前記第一コイル単体の前記中央空間部に、前記第二コイル単体の第一巻線部分と、前記第三コイル単体の第一巻線部分とが前記円周方向に、前記円筒型コイルの半径方向で互いに重なり合うことなく配置されて前記周壁が形成されている
   中空円筒型コイル。
7. 前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三コイル単体は、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６記載の中空円筒型コイル。
8. 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５のいずれか一項に記載の中空円筒型コイルとを備えているコアレスモータ。
9. 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円筒型コイルの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８記載のコアレスモータ。
10. 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６又は７に記載の中空円筒型コイルとを備えているコアレスモータ。
11. 前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三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円筒型コイルの前記軸方向に直線的に延びていて、
    前記第一コイル単体、前記第二コイル単体、前記第三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１０記載のコアレスモータ。

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