JP6864204B2 - コアレス電気機械装置、及び、コアレス電気機械装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、コアレス電気機械装置である。このコアレル電気機械装置は、永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、2N個(Nは2以上の整数)の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、を備える。各電磁コイルは、有効コイル部と、前記有効コイル部の両側にある第1コイルエンド部及び第2コイルエンド部と、前記有効コイル部と前記第1コイルエンド部と前記第2コイルエンド部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
前記2N個の電磁コイルは、前記第1コイルエンド部が前記有効コイル部から前記ステーターの径方向の内側に曲がった形状を有するN個の第1形状コイルと、前記第2コイルエンド部が前記有効コイル部から前記径方向の外側に曲がった形状を有するN個の第2形状コイルとを含む。隣接する前記第1形状コイルの前記有効コイル部の外側面同士が互いに接し、隣接する前記第2形状コイルの前記有効コイル部の外側面同士が互いに接する。前記コイルアセンブリーは、(i)前記第1形状コイルの前記空芯領域内に前記第2形状コイルの前記有効コイル部が収容されるとともに、前記第2形状コイルの前記空芯領域内に前記第1形状コイルの前記有効コイル部が収容され、(ii)前記第1形状コイルと前記第2形状コイルが1つずつ交互に配置された構成を有する。前記中心軸に垂直な断面における各電磁コイルの外形が、円環をN等分した分割リング形状を有する。
このコアレス電気機械装置によれば、中心軸に垂直な断面における各電磁コイルの外形が、円環をN等分した分割リング形状を有するように形成されているので、電磁コイル同士がローターに近い内側部分で互いに干渉してしまうことが無く、複数の電磁コイルを組み合わせてコイルアセンブリーを容易に形成することができる。
図1は、第1実施形態のコアレス電気機械装置としてのコアレスモーター100の断面図である。このコアレスモーター100は、ケーシング110と、ステーター200と、ローター300とを有するラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。図1には、互いに直交するX方向とY方向とZ方向が描かれている。Y方向はローター300の中心軸Cと平行な方向である。図2以降においても、必要に応じて図1と同じ方向X,Y,Zが描かれている。
(i)第1形状コイル210の空芯領域213(図5A)内に第2形状コイル220の有効コイル部224が収容されるとともに、第2形状コイル220の空芯領域223(図6A)内に第1形状コイル210の有効コイル部214が収容されている。
(ii)第1形状コイル210の第1コイルエンド部211が第2形状コイル220の第1コイルエンド部221と径方向に重なるとともに、第1形状コイル210の第2コイルエンド部212が第2形状コイル220の第2コイルエンド部222と径方向に重なるように配置されている。
図12は、第2実施形態における1相分の電磁コイルの結線状態を示す説明図であり、第1実施形態の図3と対応する図である。なお、図1及び図2に示したコアレスモーターの断面構造や、第1形状コイル210と第2形状コイル220の個々の形状は、第2実施形態も第1実施形態と同じである。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、電磁コイル210,220同士の結線状態が異なる点、及び、第2実施形態では3相モーターとして構成されている点、の2点であり、他は第1実施形態と同じである。
Claims (8)
- コアレス電気機械装置であって、
永久磁石を有し、中心軸の回りに回転するローターと、
2N個(Nは2以上の整数)の電磁コイルを組合せたコイルアセンブリーを有し、前記ローターと同心円上に前記ローターからギャップを介して配置されたステーターと、
を備え、
各電磁コイルは、有効コイル部と、前記有効コイル部の両側にある第1コイルエンド部及び第2コイルエンド部と、前記有効コイル部と前記第1コイルエンド部と前記第2コイルエンド部とに囲まれた空芯領域と、を有する集中巻きコイルとして構成されており、
前記2N個の電磁コイルは、前記第1コイルエンド部が前記有効コイル部から前記ステーターの径方向の内側に曲がった形状を有するN個の第1形状コイルと、前記第2コイルエンド部が前記有効コイル部から前記径方向の外側に曲がった形状を有するN個の第2形状コイルとを含み、
隣接する前記第1形状コイルの前記有効コイル部の外側面同士が互いに接し、
隣接する前記第2形状コイルの前記有効コイル部の外側面同士が互いに接し、
前記コイルアセンブリーは、(i)前記第1形状コイルの前記空芯領域内に前記第2形状コイルの前記有効コイル部が収容されるとともに、前記第2形状コイルの前記空芯領域内に前記第1形状コイルの前記有効コイル部が収容され、(ii)前記第1形状コイルと前記第2形状コイルが1つずつ交互に配置された構成を有しており、
前記中心軸に垂直な断面における各電磁コイルの外形が、円環をN等分した分割リング形状を有する、コアレス電気機械装置。 - 請求項1に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第1形状コイルの前記第1コイルエンド部と前記第2コイルエンド部の前記中心軸に沿った合計長さは、前記第2形状コイルの前記第1コイルエンド部と前記第2コイルエンド部の前記中心軸に沿った合計長さよりも大きく、
前記第1形状コイルと前記第2形状コイルのコイル用導線の長さが等しい、コアレス電気機械装置。 - 請求項2に記載のコアレス電気機械装置において、
前記第1形状コイルの前記第1コイルエンド部の前記中心軸に沿った長さは、前記第2形状コイルの前記第2コイルエンド部の前記中心軸に沿った長さよりも大きい、コアレス電気機械装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置において、
前記中心軸に垂直な断面における各電磁コイル内のコイル用導線の配列は、前記径方向に沿って積層した複数の層を構成しており、前記複数の層の各層における前記コイル用導線の巻き数は、前記径方向の外側にいくほど前記コイル用導線の巻き数が単調に増加するように設定されている、コアレス電気機械装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のコアレス電気機械装置であって、
各電磁コイルを形成するために使用されるコイル用導線は、それぞれ絶縁されていない複数の非絶縁導線を束ねた導線束と、前記導線束の周囲を被覆する絶縁被覆層と、を有する、コアレス電気機械装置。 - 請求項5に記載のコアレス電気機械装置であって、
前記導線束は、編組みされている、コアレス電気機械装置。 - 請求項5又は6に記載のコアレス電気機械装置であって、
前記非絶縁導線は、めっきされていない銅線である、コアレス電気機械装置。 - 請求項1に記載のコアレス電気機械装置を製造する方法であって、
(a)前記N個の第1形状コイルと前記N個の第2形状コイルとを準備する工程と、
(b)前記N個の第1形状コイルと前記N個の第2形状コイルとを組み合わせて前記コイルアセンブリーを形成する工程と、
(c)前記コイルアセンブリーと、前記ローターとをケーシングに組み付ける工程と、
を備え、
前記工程(a)は、
前記第1形状コイルのそれぞれを、前記第1形状コイルの前記第1コイルエンド部が前記有効コイル部から前記径方向の内側に曲がった形状に成形するとともに、前記ローターの中心軸に垂直な断面における前記第1形状コイルの外形を、前記分割リング形状に成形する工程と、
前記第2形状コイルのそれぞれを、前記第2形状コイルの前記第2コイルエンド部が前記有効コイル部から前記径方向の外側に曲がった形状に成形するとともに、前記ローターの中心軸に垂直な断面における前記第2形状コイルの外形を、前記分割リング形状に成形する工程と、
を備えるコアレス電気機械装置の製造方法。
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