JP5219619B2

JP5219619B2 - 磁性扁平編組線およびコイル

Info

Publication number: JP5219619B2
Application number: JP2008131780A
Authority: JP
Inventors: 千里池田; 義雄高; 潤一藤岡; 和正丸山
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-05-20
Also published as: JP2009283176A

Description

本発明は、磁性扁平編組線およびコイルに関し、さらに詳しくは、渦電流損および高周波における近接効果による銅損を低減することが出来る磁性扁平編組線およびコイルに関する。

従来、平角線の長辺を半径方向に向けて渦巻き状に巻回（平巻）した渦巻きコイルが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、複数本の丸線または箔を軸方向とは垂直な方向に配列して板状の形状の線材群とし、その線材群をエッジワイズ巻きしたエッジワイズ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３参照。）。
特開平４−７５３０３号公報特開平６−２３６７９６号公報（図１）特開２００２−１４１２３２号公報

上記従来の渦巻きコイルでは、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、上記従来のエッジワイズコイルや電子部品では、複数本の丸線や箔を集合させた集合線また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、渦電流損を小さくできる。
しかし、一つの丸線、箔または絶縁被覆銅線に流れる電流が作り出す磁界が、他の丸線、箔または絶縁被覆銅線に入るため、高周波において近接効果による銅損が増加する問題点があった。
そこで、本発明の目的は、渦電流損および高周波における近接効果による銅損を低減することが出来る磁性扁平編組線およびコイルを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、銅線表面に磁性メッキ層を形成しその磁性メッキ層の表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆磁性材メッキ銅線を、複数本編組し扁平形状にしたことを特徴とする磁性扁平編組線を提供する。
上記第１の観点による磁性扁平編組線電線では、複数本の絶縁被覆磁性材メッキ銅線を編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。また、一つの絶縁被覆磁性材メッキ銅線に流れる電流が作り出す磁界は磁性材メッキ層で遮断され、他の絶縁被覆磁性材メッキ銅線の銅線部分まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することも出来る。さらに、扁平形状にしたため、コイル形状の低背化（小型化）や薄型化の要請に対応できる。
なお、絶縁被覆の外周に接着層を形成して自己融着線としてもよい。また、電線密度を上げるために、外径の異なる絶縁被覆磁性材メッキ銅線を混在させて用いてもよい。また、１本毎に編んでもよいし、平行な複数本の束毎に編んでもよい。

第２の観点では、本発明は、銅線表面に磁性メッキ層を形成しその磁性メッキ層の表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆磁性材メッキ銅線と、銅線表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆銅線とを、編組し扁平形状にしたことを特徴とする磁性扁平編組線を提供する。
上記第２の観点による磁性扁平編組線電線では、絶縁被覆磁性材メッキ銅線と絶縁被覆銅線とを編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。また、一つの絶縁被覆磁性材メッキ銅線に流れる電流が作り出す磁界は磁性材メッキ層で遮断され、他の絶縁被覆磁性材メッキ銅線や絶縁被覆銅線の銅線部分まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、また、一つの絶縁被覆銅線に流れる電流が作り出す磁界は他の絶縁被覆磁性材メッキ銅線の磁性材メッキ層で遮断され、その銅線部分まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することも出来る。また、扁平形状にしたため、コイル形状の低背化（小型化）や薄型化の要請に対応できる。さらに、絶縁被覆銅線を混ぜるため、コストを低減できる。
なお、絶縁被覆の外周に接着層を形成して自己融着線としてもよい。また、電線密度を上げるために、外径の異なる絶縁被覆磁性材メッキ銅線と絶縁被覆銅線を混在させて用いてもよい。

また、絶縁被覆磁性材メッキ銅線と絶縁被覆銅線とを混在させて撚った場合は、絶縁被覆磁性材メッキ銅線を分散配置することが出来るので、電流の偏りを小さく出来る。一般的に、損失は２乗関数なので、総電流が同じでも、電流の偏りが小さい方が損失を小さく出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による磁性扁平編組線において、前記扁平形状が、扁平管状であることを特徴とする磁性扁平編組線を提供する。
上記第３の観点による磁性扁平編組線電線は、管状の編組線に編組した後、扁平形状に加工することにより製造でき、はじめから断面平角形状に編組するよりも、製造が容易になる。

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点によるコイル用磁性扁平編組線をソレノイド状に巻回してなることを特徴とするコイルを提供する。
コア使用のコイルでは、コアギャップからの漏れ磁界が大きいので、コイル線に影響して渦電流損を急増させることが知られている。
上記第４の観点によるソレノイドコイルでは、編組の特徴で線密度が小さいことに加え、磁性材メッキ層で銅線がシールドされるから、磁界が銅線に入り難く、また、磁性材メッキ層の電気抵抗が大きいので損失が軽減されて、漏れ磁界が大きくても損失を抑制できる。

第５の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点によるコイル用磁性扁平編組線を、渦巻き状に巻回してなることを特徴とするコイルを提供する。
上記第５の観点による渦巻きコイルは、例えば高周波で駆動するＩＨ用ヒータとして利用できる。

本発明の磁性扁平編組線およびコイルによれば、高周波における損失を低減することが出来る。

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。

図１は、実施例１に係る磁性扁平編組線１０１を示す断面図である。
この磁性扁平編組線１０１は、１６８本の絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０を１周編みピッチ４０ｍｍで直径４．５ｍｍの管状に編組した後、扁平形状に加工したものである。
なお、図は模式図である（例えば絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０の本数は実数を図示したものではない）。

図２は、絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０の断面図である。
絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０は、直径０．１ｍｍの銅線１の表面に厚さ１．０μｍの鉄下層と厚さ０．５μｍのニッケル上層の２層構造の磁性材メッキ層２を形成し、その磁性材メッキ層２の表面に絶縁膜２種相当のエナメル絶縁被覆３を形成したものである。

図３は、絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０の銅線１の中心から半径方向の距離に対する、絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０を流れる電流が作る磁界の強さの変化を示すグラフである。
磁界が、磁性材メッキ層２で減衰することが判る。

実施例１の磁性扁平編組線１０１によれば、複数本の絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０を編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。また、一つの絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０に流れる電流が作り出す磁界は磁性材メッキ層２で遮断され、他の絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０の銅線１の部分まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。さらに、扁平形状であるため、コイル形状の低背化（小型化）や薄型化に対応できる。

なお、絶縁被覆３の外周に接着層を形成して自己融着線としてもよい。また、電線密度を上げるために、外径の異なる絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０を混在させて用いてもよい。

図４は、実施例２に係る複合電線１０２を示す断面図である。
この磁性扁平編組線１０２は、絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０と絶縁被覆銅線２０とを混在させて管状に編組した後、扁平形状に加工したものである。
絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０と絶縁被覆銅線２０とは、絶縁被覆銅線２０同士がなるべく隣接しないように並べて配されている。

図５は、絶縁被覆銅線２０の断面図である。
絶縁被覆銅線２０は、銅線１の表面に絶縁被覆３を形成したものである。

実施例２の磁性扁平編組線１０２によれば、絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０と絶縁被覆銅線２０とを編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。また、そして、一つの絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０または絶縁被覆電線２０に流れる電流が作り出す磁界は絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０の磁性材メッキ層２で遮断され、他の絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０または絶縁被覆銅線２０の銅線１の部分まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。さらに、扁平形状であるため、コイル形状の低背化（小型化）や薄型化に対応できる。

また、絶縁被覆銅線２０同士がなるべく隣接しないように絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０と絶縁被覆銅線２０を配置し、渦電流に対する抵抗を平均化し、電流の偏りを小さくしているため、損失を小さく出来る。

なお、絶縁被覆３の外周に接着層を形成して自己融着線としてもよい。また、電線密度を上げるために、外径の異なる絶縁被覆磁性材メッキ銅線１０および絶縁被覆銅線２０を混在させて用いてもよい。

図６は、実施例３に係るソレノイドコイル２０１を示す平面図である。図７は、図６のＡ−Ａ’断面図である。
このソレノイドコイル２０１は、実施例１の磁性扁平編組線１０１をエッジワイズ巻きしたものである。内径１５ｍｍ，外径２２ｍｍ，コイル長１０．５ｍｍ，巻数１２．５である。

図８は、ソレノイドコイル２０１および比較例の交流損失増加係数Ｒｓ／Ｒ０を示す周波数特性図である（Ｒｓ：交流直列等価抵抗、Ｒ０：直流抵抗）。
比較例は、直径０．１ｍｍの銅線１の表面にエナメル絶縁被覆を形成した絶縁被覆銅線を用いる以外は実施例３と同様にして製作したソレノイドコイルである。
図９は、ソレノイドコイル２０１の交流損失増加係数Ｒｓ／Ｒ０を比較例の交流損失増加係数Ｒｓ／Ｒ０で割った係数比を示す周波数特性図である。
６００ｋＨｚ以上の高周波では、実施例の方が比較例よりも損失を半減できることが判る。

なお、比較例の扁平編組線では、扁平の表裏２面が接近するため、近接効果により損失が増加するが、本発明の磁性偏平編組線では、磁性材メッキ層２があるため、損失の増加は小さい。
さらに、比較例の扁平編組線では、編組にするときの線組の右回り線群と左回り線群の交差角度（又は編組ピッチ）により近接効果が変化し高周波損失の変化が認められるが、本発明の磁性扁平編組線では、近接効果の影響が小さいため、高周波損失の変化が小さい。
すなわち、本発明の磁性扁平編組線では、巻線テンションの変化などで編組線が伸縮して右回り線群と左回り線群の交差角度（又は編組ピッチ）が変化しても高周波損失の変化が少ない、という安定性を向上できる。

実施例１の磁性扁平編組線１０１を、短辺を半径方向に向けてソレノイド状に巻回してもよい。

図１０は、実施例５に係る渦巻きコイル２０２を示す平面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル２０２は、実施例１の磁性扁平編組線１０１を、長辺を半径方向に向けて渦巻き状に巻回したものである。

図１２は、実施例６に係る渦巻きコイル２０３を示す平面図である。図１３は、図１２のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル２０３は、実施例１の磁性扁平編組線１０１を、短辺を半径方向に向けて渦巻き状に巻回したものである。

実施例３〜６において、各ターン間に、空隙，テープ，スペーサー等を介設してもよい。

実施例３〜７において、実施例２の磁性扁平編組線１０２を用いてもよい。

本発明の磁性扁平編組線およびコイルは、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，ＴＶ用偏向ヨーク、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。

実施例１に係る磁性扁平編組線を示す断面図である。実施例１に係る絶縁被覆磁性材メッキ銅線を示す断面図である。絶縁被覆磁性材メッキ銅線の作る磁界の強さの変化を示すグラフである。実施例２に係る磁性扁平編組線を示す断面図である。実施例２に係る絶縁被覆銅線を示す断面図である。実施例３に係るソレノイドコイルを示す断面図である。図６のＡ−Ａ’断面図である。実施例３および比較例の交流損失増加係数を示す周波数特性図である。実施例３の交流損失増加係数を比較例の交流損失増加係数で割った係数比を示す周波数特性図である。実施例５に係る渦巻きコイルを示す断面図である。図８のＡ−Ａ’断面図である。実施例６に係る渦巻きコイルを示す断面図である。図１２のＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１銅線
２磁性材メッキ層
３絶縁被覆
１０絶縁被覆磁性材メッキ銅線
２０絶縁被覆銅線
３０磁性材メッキ銅線
１０１，１０２磁性扁平編組線
２０１ソレノイドコイル
２０２，２０３渦巻きコイル

Claims

銅線表面に磁性メッキ層を形成しその磁性メッキ層の表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆磁性材メッキ銅線を、複数本編組し扁平形状にしたことを特徴とする磁性扁平編組線。
銅線表面に磁性メッキ層を形成しその磁性メッキ層の表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆磁性材メッキ銅線と、銅線表面に絶縁被覆を形成した絶縁被覆銅線とを、編組し扁平形状にしたことを特徴とする磁性扁平編組線。
請求項１または請求項２に記載の磁性扁平編組線において、前記扁平形状が、扁平管状であることを特徴とする磁性扁平編組線。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性扁平編組線をソレノイド状に巻回してなることを特徴とするコイル。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁性扁平編組線を、渦巻き状に巻回してなることを特徴とするコイル。