モータコイルの巻線方法
【課題】従来のモータにおいて、コイル形状の単純化、全体でのモータコイル構成の簡単化、また巻き線の最小半径が制限される高温超電導コイルにおいてはその制限の緩和、などの課題があった。
【解決手段】複数の鉄心（または空芯）に対して、コイルを周方向に沿って接触させること、および接触の面を外面、内面と周期的に反転し、反転の周期を鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転位置を前記コイルから反周期ずらして配置した他方のコイルの二組から構成する。
【解決手段】複数の鉄心（または空芯）に対して、コイルを周方向に沿って接触させること、および接触の面を外面、内面と周期的に反転し、反転の周期を鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転位置を前記コイルから反周期ずらして配置した他方のコイルの二組から構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル形状を単純化できる、また巻き線の最小半径の制限を緩和できるモータコイルの巻き線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータコイルの巻き線の例として特許文献１、２、３などがある。特許文献１は２相モータの巻き線方法、特許文献２は３相モータの巻き線方法をしめしている、また特許文献３は超電導コイルを複数個配列した超電導モータの構成を示している。
【特許文献１】特開平６−３０３７３１ ２相モータの巻線方法
【特許文献２】特開２００６−２８００４４ ３相ブラシレスモータおよび巻線方法
【特許文献３】特開平３−２８９３４４ 超電導モータ
【０００３】
いずれも従来のモータコイルは鉄心（場合によっては空芯）に導線（銅線）あるいは超伝導体が多数回巻かれたものが複数個必要で、構成が複雑となり、コイル全体の形状として相応の大きさが必要であった。また超電導モータにおいて、特に高温超電導体を用いたコイルの形状においてはコイル材質の物性上の問題から半径が３０−５０ｍｍ程度に制限され、小さな円形状のコイルは作成が困難であり、小型超電導モータを実現する場合の障害のひとつとなっていた。また逆に大きな径を有するモータを構成する場合にもコイルの数が多く、複雑となるなどの問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上に述べた従来のモータコイルにおいて、コイル形状の単純化、全体でのモータコイル構成の簡単化、また巻き線の最小半径の制限の緩和などの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はステータの複数の鉄心（または空芯）に対して、コイルを周方向に沿って接触させること、および接触の面を外面（モータの反軸方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転したものであり、反転の周期は磁極に対する鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転の周期を前記コイルから反周期ずらして配置した他方のコイルの二組から構成するものである。
【０００６】
上記の構成によるコイルは、ひとつの鉄心あるいは空芯で見れば、その円周上の外面と内面に互いに逆向きの電流が流れるコイルが接触しているため、通常の巻き線のコイルと同じように鉄心あるいは空芯に磁束を発生する。また二組のコイルに流す電流の向きを制御することによって磁束の方向、すなわち磁極の方向（Ｓ，Ｎ）を変えることが出来る。
【発明の効果】
【０００７】
以上のようにコイル二組でモータコイルを形成するので、モータ全体の形状を小さくでき、簡単な構成とすることが出来る。さらにコイルの巻き線半径（曲率）はモータ全体の径に近くできるので従来の個々のコイルの巻き線の径に比べて大きな値となり、巻き線の最小半径が制限される高温超電導コイルにおいてその制限を緩和し、より小さな超電導モータを実現することが出来る。さらに大きな径のモータにおいても簡単にコイルを構成することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の代表的実施例について説明する。図１は本発明によるモータの全体図を示し、磁石１とロータヨーク２からなるロータ３が回転軸４に取り付けられており、回転軸４はベアリング５を介してケース６に取り付けられ回転可能になっている。一方コイル７、鉄心または空芯８（以下鉄心と呼称）、ステータヨーク９からなるステータ１０はケース６に取り付けられている。鉄心８は図２の８−１ないし８−１２（途中省略）に示すように円周上に１２ヶ所（極）に等間隔で配置されている。ロータ３の磁石はこの鉄心と対応して１２個の磁石が円周上に交互にＳ極、Ｎ極となるように配置されている。コイル７は図３に示すように、コイルＡ（Ａ１−Ａ２）とコイルＢ（Ｂ１，Ｂ２）の二組で構成され、鉄心８に対して、コイルを円周方向に沿って接触させ、かつ接触の面を外面（モータの外周方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転している。すなわち、コイルＡはＡ１を巻き始めとし、鉄心二つおきにその接触面を反転している（太い実践）。一周期の終わりで方向を反転し（太い点線）、それまでの接触面と反対の面を交互に接触してＡ２端子（巻き終わり）に戻るようになっている。コイルＢはＢ１を巻き始めとし、Ａ１とは半周期ずれた位置から鉄心二つおきにその接触面を反転して巻かれている（細い実践）。一周期の終わりで方向を反転し（細い点線）、それまでの接触面と反対の面を交互に接触してＢ２端子（巻き終わり）に戻るようになっている。
【０００９】
次に上記構成の動作を説明する。図３のコイルＡのＡ１から電流を流しこみＡ２から流しだすと、たとえば８−３，４の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。一方、８−５，８−６の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。次にコイルＢのＢ１から電流を流しこみＢ２から流しだすと、８−４，８−５の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来、一方８−３，８−６の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。この状態において、８−３と８−５はコイルＡとＢの磁界が逆方向のため打ち消しあって磁力はゼロとなり、８−４は強め合って上面がＳ極となる磁力を発生し、８−６は強め合って上面がＮ極となる磁力を発生する。このようにして他の磁極も同様な順で磁力が発生する。
この状態を図５で示す。図５において７−１，７−２はコイルＡ，Ｂの電流波形を示し、横軸点線の上側（Ｈ）をＡ１からＡ２の方向の電流、横軸点線下側（Ｌ）をＡ２からＡ１の方向の電流としている。コイルＢについても同様である。８−３から８−９は図３の同じ番号の鉄心（その他の鉄心は省略）に対応している。したがってタイミング１（縦列）が上記説明の状態に相当する。
次に、コイルＢの電流を反転しＢ２からＢ１方向に流すと、８−３，６の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来、一方８−４，５の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。したがって８−３はコイルＡとＢの磁界が強めあって上面がＮ極となる磁力を発生し、８−４、８−６は磁界が打ち消しあって磁力はゼロとなり、８−５は強め合って上面がＳ極となる磁力を発生する。以降の磁極も同様な順で磁力が発生する。この状態は図５のタイミング２（縦列）で示される。
このようにコイルに流す電流の方向によって各鉄心の磁界の有り無しおよび方向（Ｓ，Ｎ）を変えることができ、図５に示すように磁界を移動することが出来る。したがって図６に示すように、磁極に対応して配置されているロータ磁石はこのステータの移動磁界に吸引および反発されて移動、回転することになる。コイルＡまたはＢの電流波形の極性を反転すると移動磁界の方向が逆になりロータを逆回転することが出来るのは自明である。
【００１０】
以上のようにコイルを各鉄心に交互に接触して各極コイルを形成することで構成が単純でコイル半径を小さくせずにモータコイルへ適用可能となり、全体径の比較的小さなモータを実現できる。さらに、径の大きなモータに適用してその構成を簡単にすることが出来る。
【００１１】
コイルと鉄心の形状は用途に応じて変形することが可能である。たとえば磁気的効率を上げるためコイルと鉄心の接触面が多くなるように、コイルを約半円にわたって接触させる（図４ａ）、および鉄心の形状を楕円にする（図４ｂ）など、最適な形状に変形することができる。またコイルと鉄心を直線状に配置することも可能である。さらに巻き数、コイル組数、接触の反転する位置なども用途に応じて変形可能である。
【００１２】
本発明は単純な構成を第一とするモータ、あるいは小型超電導モータ、リニアモータなどに利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モータ全体図
【図２】鉄心配置図
【図３】コイル巻き方説明図
【図４】コイル詳細図
【図５】コイル電流のタイミング図
【図６】ロータの回転説明図
【符号の説明】
【００１４】
１ 磁石
２ ロータヨーク
３ ロータ
４ 回転軸
５ ベアリング
６ ケース
７ コイル
８ 鉄心
９ ステータヨーク
１０ ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル形状を単純化できる、また巻き線の最小半径の制限を緩和できるモータコイルの巻き線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータコイルの巻き線の例として特許文献１、２、３などがある。特許文献１は２相モータの巻き線方法、特許文献２は３相モータの巻き線方法をしめしている、また特許文献３は超電導コイルを複数個配列した超電導モータの構成を示している。
【特許文献１】特開平６−３０３７３１ ２相モータの巻線方法
【特許文献２】特開２００６−２８００４４ ３相ブラシレスモータおよび巻線方法
【特許文献３】特開平３−２８９３４４ 超電導モータ
【０００３】
いずれも従来のモータコイルは鉄心（場合によっては空芯）に導線（銅線）あるいは超伝導体が多数回巻かれたものが複数個必要で、構成が複雑となり、コイル全体の形状として相応の大きさが必要であった。また超電導モータにおいて、特に高温超電導体を用いたコイルの形状においてはコイル材質の物性上の問題から半径が３０−５０ｍｍ程度に制限され、小さな円形状のコイルは作成が困難であり、小型超電導モータを実現する場合の障害のひとつとなっていた。また逆に大きな径を有するモータを構成する場合にもコイルの数が多く、複雑となるなどの問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上に述べた従来のモータコイルにおいて、コイル形状の単純化、全体でのモータコイル構成の簡単化、また巻き線の最小半径の制限の緩和などの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はステータの複数の鉄心（または空芯）に対して、コイルを周方向に沿って接触させること、および接触の面を外面（モータの反軸方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転したものであり、反転の周期は磁極に対する鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転の周期を前記コイルから反周期ずらして配置した他方のコイルの二組から構成するものである。
【０００６】
上記の構成によるコイルは、ひとつの鉄心あるいは空芯で見れば、その円周上の外面と内面に互いに逆向きの電流が流れるコイルが接触しているため、通常の巻き線のコイルと同じように鉄心あるいは空芯に磁束を発生する。また二組のコイルに流す電流の向きを制御することによって磁束の方向、すなわち磁極の方向（Ｓ，Ｎ）を変えることが出来る。
【発明の効果】
【０００７】
以上のようにコイル二組でモータコイルを形成するので、モータ全体の形状を小さくでき、簡単な構成とすることが出来る。さらにコイルの巻き線半径（曲率）はモータ全体の径に近くできるので従来の個々のコイルの巻き線の径に比べて大きな値となり、巻き線の最小半径が制限される高温超電導コイルにおいてその制限を緩和し、より小さな超電導モータを実現することが出来る。さらに大きな径のモータにおいても簡単にコイルを構成することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の代表的実施例について説明する。図１は本発明によるモータの全体図を示し、磁石１とロータヨーク２からなるロータ３が回転軸４に取り付けられており、回転軸４はベアリング５を介してケース６に取り付けられ回転可能になっている。一方コイル７、鉄心または空芯８（以下鉄心と呼称）、ステータヨーク９からなるステータ１０はケース６に取り付けられている。鉄心８は図２の８−１ないし８−１２（途中省略）に示すように円周上に１２ヶ所（極）に等間隔で配置されている。ロータ３の磁石はこの鉄心と対応して１２個の磁石が円周上に交互にＳ極、Ｎ極となるように配置されている。コイル７は図３に示すように、コイルＡ（Ａ１−Ａ２）とコイルＢ（Ｂ１，Ｂ２）の二組で構成され、鉄心８に対して、コイルを円周方向に沿って接触させ、かつ接触の面を外面（モータの外周方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転している。すなわち、コイルＡはＡ１を巻き始めとし、鉄心二つおきにその接触面を反転している（太い実践）。一周期の終わりで方向を反転し（太い点線）、それまでの接触面と反対の面を交互に接触してＡ２端子（巻き終わり）に戻るようになっている。コイルＢはＢ１を巻き始めとし、Ａ１とは半周期ずれた位置から鉄心二つおきにその接触面を反転して巻かれている（細い実践）。一周期の終わりで方向を反転し（細い点線）、それまでの接触面と反対の面を交互に接触してＢ２端子（巻き終わり）に戻るようになっている。
【０００９】
次に上記構成の動作を説明する。図３のコイルＡのＡ１から電流を流しこみＡ２から流しだすと、たとえば８−３，４の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。一方、８−５，８−６の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。次にコイルＢのＢ１から電流を流しこみＢ２から流しだすと、８−４，８−５の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来、一方８−３，８−６の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。この状態において、８−３と８−５はコイルＡとＢの磁界が逆方向のため打ち消しあって磁力はゼロとなり、８−４は強め合って上面がＳ極となる磁力を発生し、８−６は強め合って上面がＮ極となる磁力を発生する。このようにして他の磁極も同様な順で磁力が発生する。
この状態を図５で示す。図５において７−１，７−２はコイルＡ，Ｂの電流波形を示し、横軸点線の上側（Ｈ）をＡ１からＡ２の方向の電流、横軸点線下側（Ｌ）をＡ２からＡ１の方向の電流としている。コイルＢについても同様である。８−３から８−９は図３の同じ番号の鉄心（その他の鉄心は省略）に対応している。したがってタイミング１（縦列）が上記説明の状態に相当する。
次に、コイルＢの電流を反転しＢ２からＢ１方向に流すと、８−３，６の鉄心は右回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来、一方８−４，５の鉄心は左回りに巻いたコイルと同様の磁界が出来る。したがって８−３はコイルＡとＢの磁界が強めあって上面がＮ極となる磁力を発生し、８−４、８−６は磁界が打ち消しあって磁力はゼロとなり、８−５は強め合って上面がＳ極となる磁力を発生する。以降の磁極も同様な順で磁力が発生する。この状態は図５のタイミング２（縦列）で示される。
このようにコイルに流す電流の方向によって各鉄心の磁界の有り無しおよび方向（Ｓ，Ｎ）を変えることができ、図５に示すように磁界を移動することが出来る。したがって図６に示すように、磁極に対応して配置されているロータ磁石はこのステータの移動磁界に吸引および反発されて移動、回転することになる。コイルＡまたはＢの電流波形の極性を反転すると移動磁界の方向が逆になりロータを逆回転することが出来るのは自明である。
【００１０】
以上のようにコイルを各鉄心に交互に接触して各極コイルを形成することで構成が単純でコイル半径を小さくせずにモータコイルへ適用可能となり、全体径の比較的小さなモータを実現できる。さらに、径の大きなモータに適用してその構成を簡単にすることが出来る。
【００１１】
コイルと鉄心の形状は用途に応じて変形することが可能である。たとえば磁気的効率を上げるためコイルと鉄心の接触面が多くなるように、コイルを約半円にわたって接触させる（図４ａ）、および鉄心の形状を楕円にする（図４ｂ）など、最適な形状に変形することができる。またコイルと鉄心を直線状に配置することも可能である。さらに巻き数、コイル組数、接触の反転する位置なども用途に応じて変形可能である。
【００１２】
本発明は単純な構成を第一とするモータ、あるいは小型超電導モータ、リニアモータなどに利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モータ全体図
【図２】鉄心配置図
【図３】コイル巻き方説明図
【図４】コイル詳細図
【図５】コイル電流のタイミング図
【図６】ロータの回転説明図
【符号の説明】
【００１４】
１ 磁石
２ ロータヨーク
３ ロータ
４ 回転軸
５ ベアリング
６ ケース
７ コイル
８ 鉄心
９ ステータヨーク
１０ ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの複数の鉄心（または空芯、以下同じ）に対して、コイルを鉄心の周方向に沿って接触させ、接触の面を外面（モータの外周方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転し、反転の周期を鉄心（または空芯）数個毎とした一組のコイルと、同じ反転周期をもち前記コイルに対して反転位置をずらして配置した他のコイルで構成するモータコイルの巻き線方法。
【請求項２】
請求項１において、反転の周期は磁極に対する鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転位置を反周期ずらして配置した他方のコイルの二組で構成するモータコイルの巻き線方法。
【請求項１】
ステータの複数の鉄心（または空芯、以下同じ）に対して、コイルを鉄心の周方向に沿って接触させ、接触の面を外面（モータの外周方向の面）、内面（モータの軸方向の面）と周期的に反転し、反転の周期を鉄心（または空芯）数個毎とした一組のコイルと、同じ反転周期をもち前記コイルに対して反転位置をずらして配置した他のコイルで構成するモータコイルの巻き線方法。
【請求項２】
請求項１において、反転の周期は磁極に対する鉄心（または空芯）二つごとにした一組のコイルと、反転位置を反周期ずらして配置した他方のコイルの二組で構成するモータコイルの巻き線方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１８９２２３（Ｐ２００９−１８９２２３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２６２９（Ｐ２００８−５２６２９）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（５０７２５８５３７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（５０７２５８５３７）
【Ｆターム（参考）】
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