JP2008048543A - コイル装置、並びにこれを用いた電動機及び発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルの占積率を一層向上することで、より効率に優れたコイル装置，電動機，発電機を提供する。
【解決手段】 コイル装置において、放射方向に突き出る状態で周方向に沿うように並べられた鉄芯４に巻かれる各コイル６が、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ箔２０を巻くことで形成されており、隣接する鉄芯４との間における放射方向内側から放射方向外側へ次第に広くなるテーパ状の隙間であるスロット１０の半分に応じた形状とされている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動機や発電機に係るコイル装置ないしはこれを組み込んだ電動機や発電機に関する。

従来の電動機用のコイル装置として、下記特許文献１に記載のものが知られている。このコイル装置では、円筒状のコア根元部から複数の固定子が内方へ突き出ており、固定子は周方向に沿って等間隔に並べられており、各固定子の周りにコイルが配置されている。各コイルにおいては、当該文献の図４に示されるように、平角線が固定子に対して外側ほど多く巻かれる。これによって、このコイル装置では、各コイルの巻線が全体として外側に広いテーパ状とされ、巻線全体によって隣のコイルとの隙間のほとんどが埋められ、占積率が良好となり、電動機の効率がその分だけ良好となる。

特開２００１−７８３７９号公報

しかし、前記コイル装置では、各コイルにおける平角線とこれに接して巻かれた平角線との間に隙間が生じている。又、前記コイル装置では、固定子間に巻線を通さなければならないため、各固定子の先端が離れている。従って、前記コイル装置では、電動機の効率を向上する余地がある。

そこで、請求項１，４，５に記載の発明は、コイルの占積率を一層向上することで、より効率に優れたコイル装置，電動機，発電機を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、放射方向に突き出る状態で周方向に沿うように並べられた複数の鉄芯と、各鉄芯の周りに設けられるコイルとを備えており、各コイルは、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ箔が巻かれたものであり、隣接する鉄芯との間における放射方向内側から放射方向外側へ次第に広くなるテーパ状の隙間の鉄芯側の半分に応じた形状とされたことを特徴とするものである。ここで、鉄芯には、コア根元部の内面より内側へ突き出るものも含まれる。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加えて、テーパ箔を重ねて巻く場合の絶縁に配慮しながら占積率を向上して効率を向上する目的を達成するため、上記発明にあって、テーパ箔に、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ状の絶縁被覆が施されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加えて、鉄芯からの磁束の流れをより良くして更なる効率の向上を図る目的を達成するため、上記発明にあって、各鉄芯の先端部が、両隣へ張り出しており、隣の鉄芯の先端部と、テーパ箔の最大厚み相当分のみ離れていることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、電動機に上記コイル装置を組み込んだことを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、発電機に上記コイル装置を組み込んだことを特徴とするものである。

本発明によれば、各コイルは、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ箔が巻かれたものである。よって、極めて良好な効率のコイル装置、電動機、あるいは発電機を提供することができる、という効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係るコイル装置につき、適宜図面に基づいて説明する。図１は発電機用のコイル装置１の一部省略正面図、図２は図１の一部省略中央断面図、図３（ａ）はコイル装置１の一部拡大図であって、コイル装置１は、鉄製のコア根元部２と、それぞれコア根元部２の外面から放射方向に突き出る状態で周方向に沿うように並べられた複数の鉄芯４と、各鉄芯４の周囲に形成されたコイル６と、鉄芯４の組毎に置かれる複数のマグネット８とを備えている。なお、コア根元部２と各鉄芯４とで、コアを構成する。又、このコイル装置１はアウターロータであるが、インナーロータの場合は、鉄芯がコア根元部の内面より内側へ突き出ること等を除き、コイル装置１と同様である。

各鉄芯４は先端部以外は板状であり、よって隣接する各鉄芯４間の隙間であるスロット１０は、外側へ広がる台形柱状となっており、換言すれば放射方向内側から放射方向外側へ次第に広くなるテーパ状となっている。又、各鉄芯４の先端部１２は両横へ張り出しており、隣の先端部１２とは僅かな隙間であるスロットオープン１４を隔てるのみである。

各マグネット８は鉄芯４の先端部１２の上に配置されるもので、先端部１２の組にフィットするよう反らされている。

各コイル６は、断面を図３（ｂ）に示すテーパ箔２０を用いて形成される。テーパ箔２０は、テーパの付された帯状の導電性金属片であって、銅製である。テーパ箔２０の幅は、鉄芯４の高さと同等である。又、テーパ箔２０の厚みは、一方の脇から他方の脇にかけて次第に厚くされており、これによってテーパ箔２０はテーパが付されているものである。

加えて、テーパ箔２０の片面には、断面を図３（ｃ）に示す被覆２２が施される。被覆２２も、テーパ箔２０と同様にテーパが付されており、幅について鉄芯４の高さと同等にされている。被覆２２は、絶縁体であり、ポリイミド製である。なお、被覆２２を付したテーパ箔２０の厚みは、スロットオープン１４の大きさと同等であり、細かくいえばスロットオープン１４が若干大きい。

各コイル６は、被覆２２付きのテーパ箔２０を鉄芯４に直接巻くことで形成される。被覆２２付きテーパ箔２０の薄い側が、コア根元部２側（鉄芯４の根元側）となる。テーパ箔２０は、巻く際に、スロットオープン１４からスロット１０へ入れる。テーパ箔２０を（重ねて）巻くことで、外側へ広がるスロット１０の巻かれる鉄芯４側の半分に応じた形状のコイル６が形成され、換言すれば鉄芯４両脇の各スロット１０における当該鉄芯４側の両半分に相当する形状のコイル６が形成される。なお、鉄芯４の根元においては、テーパ箔２０の巻き始め前と巻き終わり後に相当する部分が引き出されることで、リード箔２４が形成されている。リード箔２４は、図示しない電源装置に対して電気的に接続されるものである。

以上のコイル装置１では、各コイル６が、テーパ箔２０を巻くことで形成されており、隣接する鉄芯４間における放射方向内側から放射方向外側へ次第に広くなるテーパ状の隙間であるスロット１０の半分に応じた形状とされているため、各コイル６をテーパ状のスロット１０に合致する形状とすることができ、スロット１０の内のコイル６の占める割合である占積率を極めて良好なものとすることができる。

この点、一具体例で説明する。鉄芯４やスロット１０、テーパ箔２０、被覆２２等の寸法について、図４（ａ）〜（ｃ）に記載されたものとする。すると、図４（ｄ）の「φ２．５相当」の欄に示すような断面積、巻数等となる。又、他の断面積等を持つテーパ箔としても、図４（ｄ）の他の欄に示すような断面積、巻数等となる。従って、これらテーパ箔によるコイルの占積率は９０〜９５％となる。なお、図４（ｄ）における「φ１．０相当」とは、「φ」の直後に示される数字１．０の大きさの直径（単位ミリメートル、ｍｍ）を有する断面円形状の電線に相当する断面積を持つ、という意味であり、他も同様である。

一方、図５において、断面円形状の電線を巻いて形成されたコイルを有する従来型コイル装置の具体例を示す。図５（ａ）は直径１．２ｍｍの電線を用いた場合であり、図５（ｂ）は直径１．０ｍｍの電線を用いた場合である。図５（ａ）の場合は、図５（ｃ）の「φ１．２×３」の欄に示される断面積や巻数等を有し、図５（ｂ）の場合は、図５（ｃ）の「φ１．０」の欄に示される断面積や巻数等を有する。これら電線によるコイルの占積率は６０〜６５％である。なお、直径２．５ｍｍ以上の断面円形電線では、実効性のあるコイルの形成ができなかった。

即ち、これら具体例の比較では、占積率が６０％台から９０％台へ飛躍的に向上することが分かり、コイル装置１におけるコイル６の占積率の良好さが窺える。

又、以上のコイル装置１では、各コイル６の形成にテーパ箔２０を用いているため、スロットオープン１４が僅かな隙間であってもテーパ箔２０をスロットに入れることができ、スロットオープン１４をできるだけ小さくすることができる。よって、各鉄芯４の先端部１２が、隣の鉄芯４の先端部と、テーパ箔２０の最大厚み相当分のみ離れるようにして、鉄芯４先端からの磁束の流れをより一層多大にすることができ、もって発電機の効率の更なる向上を図ることができる。

なお、主に上記実施形態を変更して成る、本発明の他の実施形態を例示する。各種寸法を、図に記載の具体例以外のものとする。コイル装置を、電動機（モータ）用とし、電動機に組み込む。電動機用とした場合にあっても、発電機用と同様に極めて良好な効率とすることができる。

本発明のコイル装置は、電動機や発電機に組み込むことができ、この電動機にあっては、電気自動車の動力を始めとする電動機一般と同じ用途に適用できるし、この発電機にあっては、発電機一般と同じ用途に適用できる。

本発明の実施形態に係るコイル装置の一部省略正面図である。 図１の一部省略中央断面図である。 図１のコイル装置における（ａ）コイル付近の一部拡大図、（ｂ）テーパ箔の断面図、（ｃ）被覆の断面図である。 本発明の実施形態に係るコイル装置の具体例についての（ａ）鉄芯等の寸法説明図、（ｂ）テーパ箔の寸法説明図、（ｃ）被覆の寸法説明図、（ｄ）各種テーパ箔によるコイルの特性表である。 従来のコイル装置の具体例についての（ａ）φ１．２×３の場合の鉄芯等の寸法説明図、（ｂ）φ１．０の場合の鉄芯等の寸法説明図、（ｃ）各種テーパ箔によるコイルの特性表である。

符号の説明

１ コイル装置
２ コア根元部
４ 鉄芯
６ コイル
８ マグネット
１０ スロット
１２ 先端部
１４ スロットオープン
２０ テーパ箔
２２ 被覆
２４ リード箔

Claims (5)

1. 放射方向に突き出る状態で周方向に沿うように並べられた複数の鉄芯と、
   各鉄芯の周りに設けられるコイルとを備えており、
   各コイルは、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ箔が巻かれたものであり、隣接する鉄芯との間における放射方向内側から放射方向外側へ次第に広くなるテーパ状の隙間の鉄芯側の半分に応じた形状とされた
   ことを特徴とするコイル装置。
2. テーパ箔に、放射方向内側から放射方向外側へ次第に厚くなるテーパ状の絶縁被覆が施されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
3. 各鉄芯の先端部が、両隣へ張り出しており、隣の鉄芯の先端部と、テーパ箔の最大厚み相当分のみ離れている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。
4. 請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載のコイル装置を組み込んだ電動機。
5. 請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載のコイル装置を組み込んだ発電機。

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