JP2010020963A - Spiral coil - Google Patents
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Description
本発明は、渦巻きコイルに関し、さらに詳しくは、渦電流損が小さく、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる渦巻きコイルに関する。 The present invention relates to a spiral coil. More specifically, the present invention has low eddy current loss, can reduce costs, can easily satisfy both the requirements of the coil outer diameter and the number of turns, and better coil shape retention. The present invention relates to a spiral coil.
従来、平角線の長辺同士が対面するように平角線を渦巻き状に巻回し且つ各ターン間に絶縁材を挟んだ誘導加熱コイルが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
他方、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線をボビンに巻回した電子部品が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
On the other hand, there is known an electronic component in which a braided wire obtained by knitting a plurality of insulation-coated copper wires into a rectangular cross section is wound around a bobbin (for example, see Patent Document 2).
上記従来の誘導加熱コイルでは、平角線を用いているため、渦電流損が大きい問題点があった。
他方、上記従来の電子部品では、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。
両者を組み合わせると、渦電流損の小さな誘導加熱コイルとして、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線を渦巻き状に巻回した誘導加熱コイルが考えられる。
しかし、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線は特殊部品であり、コスト高になる問題点がある。
The conventional induction heating coil has a problem that eddy current loss is large because a rectangular wire is used.
On the other hand, in the above-mentioned conventional electronic component, since a braided wire obtained by braiding a plurality of insulation-coated copper wires into a rectangular cross section is used, eddy current loss can be reduced.
When both are combined, as an induction heating coil with small eddy current loss, an induction heating coil in which a braided wire obtained by knitting a plurality of insulation-coated copper wires in a rectangular cross section is wound in a spiral shape can be considered.
However, a braided wire obtained by braiding a plurality of insulation-coated copper wires into a rectangular cross section is a special part, and there is a problem that the cost is increased.
一方、渦巻きコイルは、多くが誘導加熱に用いられるが、加熱対象の形状に適合したコイル外径が要求される。例えば、鍋の底面直径に適合したコイル外径が要求される。また、所望の加熱電力と駆動周波数の関係からインダクタンスつまり巻数も要求される。例えば、加熱電力500W,駆動周波数20kHz〜100kHzで、100ターン〜20ターンが要求される。すなわち、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を満足させる必要がある。一般に、コイル外径と線径から計算される最大巻数よりも要求される巻数が少ないため、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を満足させるには、各ターン間に空隙を設ける必要がある。
しかし、各ターン間に空隙があると、コイル形状を保持するのが難しくなる問題点がある。
On the other hand, many spiral coils are used for induction heating, but a coil outer diameter suitable for the shape of the heating target is required. For example, a coil outer diameter suitable for the bottom diameter of the pan is required. Further, an inductance, that is, the number of turns, is also required from the relationship between desired heating power and driving frequency. For example, a heating power of 500 W, a driving frequency of 20 kHz to 100 kHz, and 100 to 20 turns are required. That is, it is necessary to satisfy both the requirements of the coil outer diameter and the number of turns. In general, since the required number of turns is less than the maximum number of turns calculated from the coil outer diameter and wire diameter, it is necessary to provide a gap between the turns in order to satisfy both the requirements of the coil outer diameter and the number of turns. is there.
However, if there is a gap between turns, there is a problem that it is difficult to maintain the coil shape.
そこで、本発明の目的は、渦電流損が小さく、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる渦巻きコイルを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the eddy current loss, reduce the cost, easily satisfy both the requirements of the outer diameter of the coil and the number of turns, and obtain a coil shape retaining property that is even better. To provide a coil.
第1の観点では、本発明は、自己融着絶縁電線の素線を撚って構成されているリッツ線を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線が、各ターン間に絶縁材を挟んで、渦巻き状に巻かれ、且つ、前記素線同士および前記リッツ線編組線と前記絶縁材とが融着していることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第1の観点による渦巻きコイルでは、編組線を用いているため、渦電流損を小さくすることが出来る。
また、比較的安価に入手可能な管状の編組線を扁平に変形させて用いることが出来るため、コストを低減できる。
また、リッツ線の素線数を増減することにより編組の基本単位電線の外径を調整できるので、扁平管状の編組線の長辺/短辺のサイズを調整できる。また、各ターン間に絶縁材を挟んでいるが、この絶縁材の厚さを調整できる。これらにより、渦巻きコイルのコイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることが出来る。
さらに、素線同士およびリッツ線編組線と絶縁材とが融着しているため、良好なコイル形状保持性が得られる。
In a first aspect, the present invention provides a flat tubular litz wire braided wire having a litz wire formed by twisting strands of a self-bonding insulated wire, insulated between the turns. A spiral coil is provided, which is wound in a spiral shape with a material interposed therebetween, and the strands, the Litz wire braided wire, and the insulating material are fused.
Since the spiral coil according to the first aspect uses a braided wire, eddy current loss can be reduced.
In addition, since a tubular braided wire that is available at a relatively low cost can be used by being deformed into a flat shape, the cost can be reduced.
Moreover, since the outer diameter of the basic unit electric wire of a braid can be adjusted by increasing / decreasing the number of strands of a litz wire, the size of the long side / short side of a flat tubular braided wire can be adjusted. In addition, an insulating material is sandwiched between the turns, and the thickness of the insulating material can be adjusted. As a result, it is possible to easily satisfy both the requirements of the coil outer diameter and the number of turns of the spiral coil.
Furthermore, since the strands, the litz wire braided wire, and the insulating material are fused, good coil shape retention is obtained.
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による渦巻きコイルにおいて、編組線断面の長辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第2の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の長辺同士が対面するように編組線を渦巻き状に巻くため、短辺同士が対面するように巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。
In a second aspect, the present invention is the spiral coil according to the first aspect, wherein the flat tubular litz wire braided wire is wound in a spiral shape so that the long sides of the braided wire cross section face each other. A spiral coil is provided.
In the spiral coil according to the second aspect, the braided wire is wound in a spiral shape so that the long sides of the braided wire cross section face each other, so that the maximum with respect to the outer diameter of the coil is larger than when wound so that the short sides face each other. The number of turns can be increased.
第3の観点では、本発明は、前記第2の観点による渦巻きコイルにおいて、前記長辺が巻き軸に対し傾斜して巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第3の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺が巻き軸(コイル面に垂直な軸)に対し傾斜して渦巻き状に巻くため、短辺同士が対面するように巻く場合に比べてコイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。また、長辺同士が対面するように且つ長辺が巻き軸に対し平行に巻く場合に比べてコイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。
In a third aspect, the present invention provides the spiral coil according to the second aspect, wherein the long side is wound with an inclination with respect to a winding axis.
In the spiral coil according to the third aspect, the long sides of the braided wire cross section face each other and the long sides are inclined with respect to the winding axis (axis perpendicular to the coil surface) and wound in a spiral shape. The maximum number of turns with respect to the outer diameter of the coil can be increased as compared with the case of winding so as to face each other. Further, the maximum number of turns with respect to the outer diameter of the coil can be reduced as compared with the case where the long sides are wound parallel to the winding axis so that the long sides face each other.
第4の観点では、本発明は、前記第1の観点による渦巻きコイルにおいて、編組線断面の短辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第4の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の短辺同士が対面するように編組線を渦巻き状に巻くため、長辺同士が対面するように巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。
In a fourth aspect, the present invention is the spiral coil according to the first aspect, wherein the flat tubular litz wire braided wire is wound in a spiral shape so that the short sides of the braided wire cross section face each other. A spiral coil is provided.
In the spiral coil according to the fourth aspect, since the braided wire is wound in a spiral shape so that the short sides of the braided wire cross section face each other, the maximum with respect to the coil outer diameter is compared with the case where the long sides are wound facing each other. The number of turns can be reduced.
第5の観点では、本発明は、前記第1から前記第4のいずれかの観点による渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材の少なくとも一対の対向面に熱融着材が付着されていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第5の観点による渦巻きコイルでは、リッツ線編組線と絶縁材の融着を確実にすることが出来る。
In a fifth aspect, the present invention provides the spiral coil according to any one of the first to fourth aspects, wherein a heat-sealing material is attached to at least a pair of opposing surfaces of the insulating material. A spiral coil is provided.
In the spiral coil according to the fifth aspect, the fusion of the litz wire braided wire and the insulating material can be ensured.
第6の観点では、本発明は、前記第1から前記第5のいずれかの観点による渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、軟磁性特性を有する材料製であることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第6の観点による渦巻きコイルでは、磁気抵抗を減らすことが出来る。また、インダクタンスが増加することによってQが増加し、損失改善になる。
In a sixth aspect, the present invention provides the spiral coil according to any one of the first to fifth aspects, wherein the insulating material is made of a material having a soft magnetic property. To do.
In the spiral coil according to the sixth aspect, the magnetic resistance can be reduced. Further, Q increases as the inductance increases, and loss is improved.
第7の観点では、本発明は、前記第1から第5のいずれかの観点による渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、プラスティック材に無機フィラーを混在させた材料製であることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第7の観点による渦巻きコイルでは、絶縁材の熱伝導度を大きくすることが出来るので、温度均一性および放熱性改善になる。
In a seventh aspect, the present invention provides the spiral coil according to any one of the first to fifth aspects, wherein the insulating material is made of a material in which an inorganic filler is mixed in a plastic material. Provide a coil.
In the spiral coil according to the seventh aspect, since the thermal conductivity of the insulating material can be increased, temperature uniformity and heat dissipation are improved.
本発明の渦巻きコイルによれば、渦電流損を減少でき、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる。 According to the spiral coil of the present invention, the eddy current loss can be reduced, the cost can be reduced, both the requirement of the outer diameter of the coil and the requirement of the number of turns can be easily satisfied, and further good coil shape retention can be obtained. It is done.
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
図1は、実施例1に係る渦巻きコイル101を示す上面図である。図2は、図1のA−A’断面図である。
この渦巻きコイル101は、自己融着絶縁電線の素線を撚って構成されているリッツ線を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線10を、各ターン間に絶縁薄板20を挟んで、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺を巻き軸に対し平行にして渦巻き状に巻き、素線同士およびリッツ線編組線10と絶縁薄板20とを熱融着させたものである。
コイル外径は例えば28cmであり、コイル内径は例えば4cmであり、巻数は例えば40ターンである。
リッツ線編組線10の長辺の長さwは例えば10mmであり、短辺の長さtは例えば2.5mmであり、絶縁薄板20の厚さは例えば0.5mmである。
FIG. 1 is a top view illustrating the
The
The coil outer diameter is, for example, 28 cm, the coil inner diameter is, for example, 4 cm, and the number of turns is, for example, 40 turns.
The length w of the long side of the litz wire braided
図2に示すように、高周波電源Gから渦巻きコイル101に給電し、渦巻きコイル101の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。
As shown in FIG. 2, power is supplied to the
図3は、リッツ線編組線10の拡大断面図である。
リッツ線編組線10は、例えば外径0.5mmのリッツ線2を48本、1周編みピッチ40mmで外径8mmの円管状に編組し、扁平に変形加工したものである。
なお、図は模式図である(例えばリッツ線2の本数は実数通りに図示したものではない)。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the litz wire braided
The litz wire braided
In addition, the figure is a schematic diagram (for example, the number of the
図4は、リッツ線2の拡大斜視図である。
リッツ線2は、例えば線径0.1mmの自己融着絶縁電線1を19本、撚りピッチ20mmで撚ったものである。
FIG. 4 is an enlarged perspective view of the
The
絶縁薄板20は、プラスチック材(例えばポリエチレン)に軟磁性粉(例えば軟磁性フェライト粉)や無機フィラー(例えばシリカ,アルミナ,窒化硼素)を混入したテープ状物の両面に熱融着材(例えば、ポリビニールブチラールとフェルール樹脂の約13:4の混合体をアルコール系溶剤で溶融したもの)を塗布した物である。
The insulating
実施例1の渦巻きコイル101によれば次の効果が得られる。
(1)リッツ線編組線10を用いているため、渦電流損を小さくすることが出来る。
(2)比較的安価に入手可能な円管状のリッツ線編組線を扁平に変形させて用いるため、コストを低減できる。
(3)リッツ線2の自己融着絶縁電線1の数を増減することにより編組の基本単位電線となるリッツ線外径を調整できるので、扁平管状のリッツ線編組線10の長辺の長さw/短辺の長さtを調整できる。また、各ターン間に挟んでいる絶縁薄板20の厚さを調整できる。これらにより、渦巻きコイル101のコイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることが出来る。
(4)リッツ線2の自己融着絶縁電線1同士およびリッツ線編組線10と絶縁薄板20とが融着しているため、良好なコイル形状保持性が得られる。
According to the
(1) Since the litz wire braided
(2) Since a circular litz wire braided wire that is available at a relatively low cost is used by being deformed into a flat shape, the cost can be reduced.
(3) The length of the long side of the flat tubular litz wire braided
(4) Since the self-bonding
(5)編組線断面の長辺同士が対面するようにリッツ線編組線10を渦巻き状に巻くため、短辺同士が対面するように巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。
(5) Since the Litz wire braided
(6)リッツ線編組線10と当接する絶縁薄板20の面に熱融着材が付着されているため、リッツ線編組線10と絶縁薄板20の融着を確実にすることが出来る。
(6) Since the heat sealing material is attached to the surface of the insulating
(7)絶縁薄板20は、軟磁性特性を有するため、磁気抵抗を減らすことが出来る。また、インダクタンスが増加することによってQが増加し、損失改善になる。
(7) Since the insulating
(8)絶縁薄板20は、混在する無機フィラーにより熱伝導度が大きくなっているため、コイル全面での温度均一性および放熱性が改善される。
(8) Since the insulating
図5は、実施例2に係る渦巻きコイル102を示す上面図である。図6は、図5のA−A’断面図である。
この渦巻きコイル102は、リッツ線2を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線10を、各ターン間に絶縁薄板20を挟んで、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺を巻き軸に対し傾斜させて渦巻き状に巻き、自己融着絶縁電線1同士およびリッツ線編組線10と絶縁薄板20とを熱融着させたものである。
FIG. 5 is a top view illustrating the
The
図6に示すように、高周波電源Gから渦巻きコイル102に給電し、渦巻きコイル102の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。
As shown in FIG. 6, power is supplied to the
実施例2の渦巻きコイル102によれば実施例1の渦巻きコイル101と同様の効果が得られる。但し、リッツ線編組線10の長辺が巻き軸に対し傾斜して渦巻き状に巻くため、実施例1の渦巻きコイル101に比べてコイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。また、短辺同士が対面するように巻く場合に比べてコイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。
According to the
図7は、実施例3に係る渦巻きコイル103を示す上面図である。図8は、図7のA−A’断面図である。
この渦巻きコイル103は、リッツ線2を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線10を、各ターン間に絶縁薄板30を挟んで、編組線断面の短辺同士が対面するように渦巻き状に巻き、自己融着絶縁電線1同士およびリッツ線編組線10と絶縁薄板30とを熱融着させたものである。
FIG. 7 is a top view illustrating the spiral coil 103 according to the third embodiment. 8 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
The spiral coil 103 has a flat tubular Litz wire braided
図8に示すように、高周波電源Gから渦巻きコイル103に給電し、渦巻きコイル103の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。 As shown in FIG. 8, power is supplied from the high-frequency power source G to the spiral coil 103, and a pan or the like placed immediately above the upper surface of the spiral coil 103 is induction-heated.
実施例3の渦巻きコイル103によれば実施例1の渦巻きコイル101と同様の効果が得られる。但し、リッツ線編組線10の短辺同士が対面するように渦巻き状に巻くため、実施例1の渦巻きコイル101や実施例2の渦巻きコイル102に比べてコイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。
According to the spiral coil 103 of the third embodiment, the same effect as that of the
本発明の渦巻きコイルは、高周波回路において好適に使用できる。具体例としては、電力伝送電気回路や電源回路における空芯または有磁心のコイルやトランス、インダクター,IHヒーターコイルやモーターなどに利用することが出来る。 The spiral coil of the present invention can be suitably used in a high frequency circuit. As a specific example, it can be used for an air core or magnetic core coil or transformer, an inductor, an IH heater coil, a motor or the like in a power transmission electric circuit or a power supply circuit.
1 自己融着絶縁電線
2 リッツ線
10 リッツ線編組線
20 絶縁薄板
101,102,103 渦巻きコイル
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