JP6147600B2

JP6147600B2 - リッツ線

Info

Publication number: JP6147600B2
Application number: JP2013152877A
Authority: JP
Inventors: 弘司平池
Original assignee: Kanzacc
Current assignee: Kanzacc
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: JP2014096349A

Description

本発明は、複数の絶縁細線を束ねたリッツ線に関するものである。

従来、複数の絶縁細線を束にしたリッツ線が種々の装置の配線として使用されている。絶縁細線は、銅、鉄、アルミニウム、黄銅などの導体線をエナメルなどの絶縁被膜で覆ったものである。リッツ線は、束になった絶縁細線をフッ素系樹脂（たとえばテフロン（登録商標））などの外周絶縁層で覆う場合もある。

しかし、リッツ線に高周波電流が流れると、近接効果によって、リッツ線の交流抵抗が増加し、リッツ線を使用する装置において損失が増加する。たとえばトランスやインダクターでは近接効果による損失量が増加する。

上記損失の増加を抑制するために、中心に中空部を備えたリッツ線が、下記の特許文献１に開示されている。リッツ線をより合わせたときに、中心に絶縁細線が無い。中心に絶縁細線が無いため、近接効果が低減され、損失の増加を抑制できる。

しかし、リッツ線の中心に絶縁細線が無いため、リッツ線が中心に向かって変形しやすい。リッツ線をトランスのコイルとして巻き回したときに、中空部がつぶれて無くなる可能性が高い。また、コイル以外にも種々の装置の配線として使用したときに、リッツ線が変形し、中空部が無くなる可能性が高い。中空部が無くなると低減された近接効果が元に戻り、損失も元に戻る。特許文献２のように介在物の外周に絶縁細線を巻き付けると中空部を維持できるが、部品数が多くなり好ましくない。

特開２００５−１０８６５４号公報特開平６−１１９８２７号公報

本発明は、リッツ線の中心に中空部を形成し、近接効果を低減させることができるリッツ線を提供することを目的とする。

本発明のリッツ線は、導体線を絶縁皮膜で覆った複数の絶縁細線と、前記絶縁細線の外周に形成された凹部および凸部と、前記絶縁細線同士の凹部と凸部が嵌め合わされ、かつ複数の絶縁細線が環状になることによって形成された中空部とを備える。本発明は、一の絶縁細線の凹部と他の絶縁細線の凸部が嵌め合わされ、断面が環状になり、中心に中空部が形成されている。

前記凹部を備えた絶縁細線と凸部を備えた絶縁細線の数が同数である。凹部と凸部の数が同じになり、嵌め合わせることができる。

前記凸部と凹部が１本の絶縁細線に形成されており、複数の絶縁細線を環状にしたときに隣り合う絶縁細線の凸部と凹部が嵌め合わされる。上述した凸部と凹部は絶縁細線の接触部分の一部を突出させたり凹ませたりして形成しても良い。

複数の前記リッツ線を子束とし、該子束を束ねて親束としても良い。子束を環状に束ねて親束としても良い。環状に束ねる場合、子束同士を嵌め合わせるための凹部と凸部を形成しても良い。前記子束同士を嵌め合わすための凹部と凸部は子束同士の接触部分の一部に形成されても良い。

本発明は、凹部と凸部が嵌め合わされることによって、絶縁細線同士の位置合わせが可能である。凹部と凸部とが嵌め合わされることによって、絶縁細線同士の相対的な位置を固定することもできる。そのため、中空部を形成し易く、リッツ線の変形時に中空部がつぶれにくい。中空部が維持されるため、近接効果による損失を抑制できる。

さらに隣り合う絶縁細線が凹部と凸部で嵌め合わせられるため、断面が円の絶縁細線同士でリッツ線を構成するよりも本発明のリッツ線の断面が小さくなる。本発明のリッツ線をトランスなどの装置に利用すると装置の小型化が可能になる。

また、凹部と凸部を絶縁細線同士の接触部分の一部または子束同士の接触部分の一部に形成することによって、凹部と凸部が外れにくくなり、リッツ線の形状を崩しにくくなる。

本発明のリッツ線を示す斜視図である。絶縁細線を示す断面図であり、（ａ）凹部を有する絶縁細線の断面図であり、（ｂ）は凸部を有する絶縁細線の断面図である。凹部と凸部を有する絶縁細線で構成したリッツ線を示す図であり、（ａ）はリッツ線の斜視図であり、（ｂ）は絶縁細線の断面図である。（ａ）は１本の絶縁細線が凹部と凸部を備えるリッツ線の断面図であり（ｂ）は従来のリッツ線を示す断面図である。絶縁細線同士の接触部分の一部を凹部または凸部にしたリッツ線を示す断面図である。図４における本発明と従来のリッツ線の交流抵抗の違いを示すグラフである。三角形状の凹部と凸部を有するリッツ線の断面図であり、（ａ）は隣り合う絶縁細線同士の接触部分の全体を凹部または凸部にしたリッツ線であり、（ｂ）は隣り合う絶縁細線同士の接触部分の一部を凹部または凸部にしたリッツ線である。図１のリッツ線を子束にしたリッツ線を示す図であり、（ａ）は子束を束ねて親束にした断面図であり、（ｂ）は中心の子束を除去した断面図である。各子束に凹部を設けたリッツ線の断面図である。方形のリッツ線の断面図である。

本発明のリッツ線について図面を用いて説明する。本発明のリッツ線はトランスのコイルなどに使用できるものである。

図１、２に示すリッツ線１０ａは、複数の絶縁細線１２、絶縁細線１２の外周の一部分である凹部１４または凸部１６、リッツ線１０ａの中心に形成された中空部１８を備える。

絶縁細線１２は、導体線２０を絶縁皮膜（図示省略）で覆ったものである。導体線２０は、銅、鉄、アルミニウム、黄銅などで構成される。導体線２０の断面は、断面の任意の点が表皮深さを超えない大きさにする。表皮深さをｄ、導体の抵抗をρ、電流の角周波数をω、導体の透磁率をμとすると、ｄ^２=２ρ/ωμになる。導体線２０が銅、電流の周波数が１０ｋＨｚの場合、表皮深さｄは約０．６６ｍｍになる。

絶縁皮膜は、ホルマールエナメルやポリウレタンエナメルなどの絶縁体で構成される。絶縁細線１２を束ねたときに、隣り合う絶縁細線１２同士が絶縁される。絶縁皮膜の厚みは、たとえば約０．０４５ｍｍである。

図１、２に示すように、絶縁細線１２の外周であり、かつ隣り合う絶縁細線１２の方向に、凹部１４または凸部１６が形成されている。したがって、絶縁細線１２の断面は円形ではない。異形線の製造が可能なタークスヘッドやカセットローラーダイスによって、凹部１４または凸部１６を有する導体線２０を形成し、その導体線２０を絶縁被膜で覆う。また、絶縁皮膜で覆われた導体線２０に凹部１４または凸部１６を形成させても良い。凹部１４と凸部１６は隙間無く嵌め合わされ、他の実施例においても同様である。

後述するように、凹部１４と凸部１６が嵌め合わされるため、凹部１４を有する絶縁細線１２と凸部１６を有する絶縁細線１２の数は同数である。図１では絶縁細線１２の本数が６本であるが、絶縁細線１２の本数は限定されない。凸部１６と凹部１４を嵌め合わせた後または嵌め合わせる際に、絶縁細線１２同士を接着剤などの固定材料で固定しても良い。

複数の絶縁細線１２が束ねられ、より合わせられることによりリッツ線１０ａになる。リッツ線１０ａの断面が環状になるように絶縁細線１２を配置する。リッツ線１０ａの中心に中空部１８が形成される。絶縁細線１２を配置するときに、隣り合う絶縁細線１２の凹部１４と凸部１６が嵌め合わされる。すなわち、隣り合う絶縁細線１２の一部分同士が嵌め合わされる。なお、複数の絶縁細線１２をより合わせずに直線状のままで束ねたリッツ線１０ａであっても良い。

リッツ線１０ａは、外周絶縁層２２で覆われても良い。外周絶縁層２２は、フッ素系樹脂（たとえばテフロン（登録商標））などである。

凹部１４と凸部１６が嵌め合わされることによって、絶縁細線１２同士の位置合わせが可能であり、絶縁細線１２同士の相対的な位置を固定することもできる。そのため、中空部１８を形成し易い。リッツ線１０ａがトランスなどに使用されて巻き回されても絶縁細線１２同士の相対的な位置が固定されているため、中空部１８がつぶれにくい。中空部１８があるため、近接効果による損失を抑制できる。

本発明は、従来のリッツ線に使用された介在物が無い。さらに隣り合う絶縁細線１２が凹部１４と凸部１６で嵌め合わせられる。そのため、断面が円の絶縁細線同士でリッツ線を構成するよりも本発明のリッツ線１０ａの断面が小さくなる。本発明のリッツ線１０ａをトランスなどの装置に利用すると装置の小型化が可能になる。

図１に示す絶縁細線１２のぞれぞれは、凹部１４または凸部１６のいずれかが形成されている。図３に示す凹部１４と凸部１６の両方を備えた絶縁細線１２であっても良い。各絶縁細線１２の形状を同じにすることによって、絶縁細線１２の製造装置を少なくでき、絶縁細線１２やリッツ線１０ｂのコストダウンが可能になる。同形状の絶縁細線１２を環状にするため、２種類の絶縁細線１２を使用したリッツ線１０ａに比べて、リッツ線１０ｂの形成が簡単になる。

また、図４（ａ）に示すリッツ線１０ｂ'のように、隣り合う絶縁細線１２同士の接触部分の一部を突出させて凸部１６にしても良い。凸部１６を設ける位置は、絶縁細線１２同士の接触部分の中央であり、凸部１６が凹部１４に嵌め合わされたときに最も外れにくい位置である。絶縁細線１２には、凸部１６に嵌め合わせる凹部１４が凸部１６に対する周方向の反対側に形成される。この凹部１４と凸部１６は１本の絶縁細線１２に形成されており、リッツ線１０ｂ'は同形状の絶縁細線１２を使用している。凸部１６はリッツ線１０ｂ'の周方向を向いており、隣り合う絶縁細線１２の凹部１４に凸部１６が嵌め合わされ、複数の絶縁細線１２で環状になる。凸部１６の先端が半円弧状になっており、凹部１４の底は半円弧状に凹んでいる。

図４（ａ）のリッツ線１０ｂ'は、図１や図３に比べて凸部１６の高さｈが高くなっており、絶縁細線１２同士がバラバラになりにくい。例えば、凸部１６の高さｈ（突出した長さ）は先端の円弧を含む円ｃの直径とほぼ同じである。他の実施例においても凸部１６の高さｈを高くしても良い。実施例１を図４（ａ）と同様にすると、図５のリッツ線１０ａ'のようになる。リッツ線１０ａ'は、凸部１６のみを有する絶縁細線１２と凹部１４のみを有する絶縁細線１２が同数であり、隣り合う絶縁細線１２同士の凹部１４と凸部１６が嵌め合わされている。また、凸部１６の高さｈは円ｃの直径とほぼ同じであるが、直線や曲線を組み合わせて凸部１６の高さをさらに高くしても良い。

図４（ａ）、（ｂ）に示す本発明のリッツ線１０ｂ'と従来のリッツ線１００の高周波電流と交流抵抗の関係を図６に示す。従来のリッツ線１００を基準として、本発明のリッツ線１０ｂ'は絶縁細線１２の合計断面積を同じにした場合と外形（外周形状）を同じにした場合を示す。ここで、外形は外周絶縁層２２の大きさである。絶縁細線１２、１０２の合計断面積は、従来のリッツ線１００が０．４９ｍｍ^２である。本発明のリッツ線１０ｂ'の絶縁細線１２の合計断面積は０．４８ｍｍ^２と０．５７ｍｍ^２でる。絶縁細線１２の合計断面積が０．５７ｍｍ^２の場合、外形が従来のリッツ線１００と同じ大きさになっている。絶縁細線１２の合計断面積が０．４８ｍｍ^２の場合、合計断面積が従来のリッツ線１００とほぼ同じであるが、外形が従来よりも小さくなる。

図６から、従来と外形を同じにすれば、交流抵抗を全ての周波数で下げることができることが分かる。従来と外形を同じにすれば、近接効果を小さくして、高周波電流の流れやすいリッツ線１０ｂ'にすることができる。また、絶縁細線１２の合計断面積が同じまたはほぼ同じであれば、高周波電流になるほど、本発明のリッツ線１０ｂ'の交流抵抗が小さくなる。本発明のリッツ線１０ｂ'をトランスやモータなどに用いた場合、製品の小型化が可能になり、高周波電流では抵抗を小さくでき、損失を小さくできる。

曲線状になった凹部１４または凸部１６に限定されない。たとえば、図７（ａ）のリッツ線１０ｃのように、絶縁細線１２の断面が三角形状の凹部１４や凸部１６であっても良い。また、図７（ｂ）のリッツ線１０ｃ'のように、隣り合う絶縁細線１２の接触部分の一部を三角形状にして凸部１６にしても良い。また、その凸部１６に嵌め合わされる凹部１４を隣り合う絶縁細線１２に形成する。さらに、三角形状に限定されず、直線を使用した他の形状であっても良く、角などは多少の丸みがあっても良い。凸部１６と凹部１４が嵌め合わされることで、絶縁細線１２がバラバラになりにくい。

図８（ａ）のように、実施例１などに示すリッツ線１０ａを子束２４として、複数の子束２４を束ねたリッツ線１０ｄであっても良い。束ねるときに、複数の子束２４をより合わせて親束２６にする。従来のリッツ線に比べて中空部１８を有するため、近接効果による損失を抑制できる。なお、親束２６の外周に外周絶縁層２２を設けても良い。子束２４は実施例１のリッツ線１０ａに限定されず、他の実施例のリッツ線１０ｂ等であっても良い。

図８（ｂ）のように、リッツ線１０ｅの中心の子束２４を除去し、環状に束ねた構成であっても良い。中心が大きな中空部２８となる。この大きな中空部２８によって、さらに近接効果による損失を抑制できる。

図８（ｂ）の場合に、図２（ａ）、（ｂ）に示す絶縁細線１２にある凹部１４または凸部１６が子束２４の外周にも形成されるようにしても良い。絶縁細線１２を束ねて子束２４を形成した後、タークスヘッドやカセットローラーダイスによって、各子束２４の外周を図２（ａ）、（ｂ）に示すような凹部１４または凸部１６を有する外周にする。子束２４同士が凹部１４または凸部１６で嵌め合わされ、位置決めができ、位置ずれを防止することができる。リッツ線の変形時に、中心の大きな中空部２８が維持されやすい。なお、子束２４の外周は、図３、図４（ａ）または図７に示す凹部１４や凸部１６を有する形状にしても良い。

また、図９のリッツ線１０ｆのように、凹部３０のみを子束２４に形成し、他の子束２４が凹部３０に嵌め合わされても良い。子束２４の外周の円弧が凸部となり、凹部３０に嵌め合わされる。子束２４同士がバラバラになりにくくなっている。

また、図４（ａ）と同様に、子束２４同士の接触部分の一部を突出させて凸部を形成し、さらに隣り合う子束２４の接触部分に凸部が嵌め合わされる凹部を設けても良い。１本の子束２４に凸部と凹部の両方を形成しても良いし、凸部のみを形成した子束２４と凹部のみを形成した子束２４を備えても良い。凸部のみを形成した子束２４と凹部のみを形成した子束２４は同数になる。

上記の各実施例はリッツ線１０ａの断面が円形の環状になっていたが、環状であれば円形に限定されない。図１０のように、リッツ線１０ｇの断面が方形の環状になり、中心に中空部１８が形成されていても良い。各絶縁細線１２に凹部１４および凸部１６が形成されていて、一の絶縁細線１２の凹部１４と隣り合う絶縁細線１２の凸部１６が嵌め合わされる。凸部１６と凹部１４は、図４（ａ）と同様の凸部１６と凹部１４であっても良い。また、リッツ線１０ｇを子束２４にして図８や９のように束ねても良い。

上記の各実施例はリッツ線１０ａの中心に中空部１８を設けていたが、中空部１８を形成する代わりに、リッツ線１０ａの中心に中空部１８と同等の誘電体の部材を配置しても良い。誘電体の部材に絶縁細線１２を巻き付けるようにしてリッツ線を製造する。中空部１８を形成するよりもリッツ線を製造しやすい。子束２４を束ねた場合であっても、各子束２４の中空部１８と中心の大きな中空部２８に誘電体の部材を配置しても良い。リッツ線１０ａを曲げたときに、誘電体の部材によって中空部１８に相当する部分がつぶれない。リッツ線１０ａの断面形状を維持できる。誘電体の部材の誘電率は空気と一致させるだけでなく、適宜変更しても良い。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。各実施例は独立的または排他的なものではなく、適宜組み合わせて実施しても良い。

１０ａ、１０ａ'、１０ｂ、１０ｂ'、１０ｃ、１０ｃ'、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ：リッツ線
１２：絶縁細線
１４、３０：凹部
１６：凸部
１８、２８：中空部
２０：導体線
２２：外周絶縁層
２４：子束
２６：親束

Claims

導体線を絶縁皮膜で覆った複数の絶縁細線を環状に配置して中心に中空部を形成したリッツ線であって、
前記絶縁細線の外周に、隣り合う絶縁細線同士を嵌め合わすための凹部と凸部が形成されたリッツ線。
前記凸部と凹部が１本の絶縁細線に形成されており、複数の絶縁細線を環状にしたときに隣り合う絶縁細線の凸部と凹部が嵌め合わされる請求項１のリッツ線。
前記凹部を備えた絶縁細線と凸部を備えた絶縁細線の数が同数である請求項１のリッツ線。
前記凸部が絶縁細線同士の接触部分の一部を突出させて形成された請求項１から３のいずれかのリッツ線。
複数の前記リッツ線を子束とし、該子束を束ねて親束とした請求項１から４のいずれかのリッツ線。
前記子束を環状に束ねた請求項５のリッツ線。
隣り合う前記子束同士を嵌め合わすための凹部と凸部が形成された請求項６のリッツ線。
前記子束同士を嵌め合わすための凹部と凸部が子束同士の接触部分の一部に形成された請求項７のリッツ線。