CN105051833B - 电线及线圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够使交流电阻与铜线相同或者比铜线小且能够容易设计的电线。一种电线(1)，其具有单层结构或双层结构，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在第一层的周围形成有由铜构成的第二层，电线(1)的半径(a)比表皮深度小，电线(1)被进行使用的频率下的电线(1)的交流电阻值被规定为：电线(1)的第一层的截面面积与电线(1)整体的截面面积之比乘以电线(1)的直流电阻值得到的值、和具有与电线(1)相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

Description

电线及线圈

技术领域

本发明涉及在高频下使用的电线及线圈。

背景技术

在对高频电流进行通电的设备(变压器、马达、电抗器、感应加热装置及磁头装置等)的绕线和供电电缆中，通常，由于电导率的大小和取得性等理由，其线材使用铜。在这些设备中，由于因该高频电流产生的磁场而在导体内产生涡电流损失，其结果是，交流电阻(也称作“高频电阻”)将增大(表皮效应和邻近效应增大)，引起发热及电力消耗增大。

作为抑制表皮效应和邻近效应增大的对策，一般通过将电线细径化和采用对各裸线进行绝缘包覆的绞合线来实现(例如，参照专利文献1～5)。

然而，在现有技术手段中，在用于连接的焊接处理中绝缘外膜的除去作业非常困难且裸线根数增加，因此细径化存在极限，这已成为常识。而且，在邻近效应相比于表皮效应处于压倒性支配地位的线径中，未发现有效的抑制对策，通过细径化对策所获得的特性存在极限，这已成为常识。此外，专利文献1～5中示出了对策例，但都是观念性对策，缺乏具体性，不能称之为有效的对策。

另外，已知：利用与铜线相比体积电阻率更高的电线其邻近效应损失比铜线小的特点，在高频电阻与铜线相等或小于铜线的特定频率的范围内，使用与铜线相比体积电阻率更高的电线(例如，参照专利文献6)。

另外，基于邻近效应的电阻的公式化正在被研究(例如，参照非专利文献1～2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-129550号公报

专利文献2：日本特开昭62-76216号公报

专利文献3：日本特开2005-108654号公报

专利文献4：国际公开第2006/046358号

专利文献5：日本特开2002-150633号公报

专利文献6:国际公开第2012/023378号

非专利文献

非专利文献1：C.R.Sullivan,“Computationally Efficient Winding LossCalculation with Multiple Windings,Arbitrary Waveforms,and Two-Dimensional orThree-Dimensional Field”(利用多个绕组、任意波形、以及二维或三维场的计算机有效绕组损失计算),IEEE Trans.on Power Electronics(电子学汇刊),vol 16,no 1,pp.142-150,2001

非专利文献2：C.R.Sullivan,“Aluminum Windings and Other Strategies forHigh-Frequency Magnetics Design in an Era of High Copper and Energy Costs(在高铜和能源成本的时代、铝绕组和对高频磁性元件设计的其他策略)”,IEEE Trans.onPower Electronics(电子学汇刊),vol 23,issue 4,pp.2044-2051,2008

发明内容

然而，在专利文献6中，虽然规定了交流电阻与铜线相等或为其以下的频率的范围，但未规定频率本身的值。因此，在电线和线圈的设计时，所使用的频率下交流电阻能否与铜线电阻相等或小于铜线电阻的判定是繁琐的，有时难以设计电线和线圈。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供能够使交流电阻与铜线相等或小于铜线并且能够容易地设计的电线和线圈、以及能够容易地设计该电线的电线的设计方法。

根据本发明的一个方式，提供一种电线，具有单层结构或双层结构，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在第一层的周围形成有由铜构成的第二层，电线的半径比表皮深度小，使用电线的频率下的电线的交流电阻值被规定为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以电线的直流电阻值得到的值、和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

根据本发明的另一方式，提供一种使用电线的线圈，所述电线具有单层结构或双层结构，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在第一层的周围形成有由铜构成的第二层，电线的半径比表皮深度小，使用电线的频率下的电线的交流电阻值被规定为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以电线的直流电阻值得到的值、和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

根据本发明的又一方式，提供一种电线的设计方法，使用单层结构或双层结构的线材，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在第一层的周围形成有由铜构成的第二层，以如下方式进行设计：电线的半径比表皮深度小，并且使用电线的频率下的电线的交流电阻值为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以电线的直流电阻值得到的值、和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

根据本发明，能够提供能够使交流电阻与铜线相等或小于铜线、且能够容易地设计的电线和线圈，以及能够容易地设计该电线的电线的设计方法。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式涉及的电线的一例的剖视图。

图2是用于说明本发明的第一实施方式涉及的表皮深度的坐标图。

图3是用于说明电线的表皮效应的剖视图。

图4是表示本发明的第一实施方式涉及的电线的频率和交流电阻之间的关系的计算值的坐标图。

图5是将图4的一部分放大后的坐标图。

图6是表示本发明的第一实施方式涉及的电线的频率和交流电阻之间的关系的计算值和实测值的坐标图。

图7是表示将图6的一部分放大后的实测值的坐标图。

图8是表示本发明的第二实施方式涉及的电线的一例的剖视图。

图9是表示本发明的第二实施方式涉及的电线的频率和交流电阻之间的关系的计算值和实测值的坐标图。

图10是表示将图9的一部分放大后的实测值的坐标图。

具体实施方式

接下来，参照附图说明本发明的第一和第二实施方式。在以下的附图的记载中，对相同或相似的部分标注相同或相似的标号。但是，应注意的是，附图是示意性的，厚度和平面尺寸之间的关系、各层的厚度的比率等与实际的情况不同。因此，具体的厚度和尺寸应该参照以下的说明来判断。另外，当然，在附图相互之间也包含有相互的尺寸的关系、比率不同的部分。另外，以下所示的实施方式是例示用于使本发明的技术思想具体化的装置和方法的实施方式，本发明的技术思想中结构部件的材质、形状、构造、配置等不限于下述内容。本发明的技术思想可在权利要求书中施加各种变更。

(第一实施方式)

[电线及线圈]

如图1所示，本发明的第一实施方式涉及的电线1由电导率比铜低的线材构成，电线1的半径a比表皮深度小，使用电线1的频率下的电线1的交流电阻值被规定为电线1的直流电阻值和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

如图2所示，当导体中流过交流电流的情况下，导体表面的电流密度最高，从导体表面越靠向导体中心，电流密度以指数函数越减小。将其称为表皮效应。此时，成为将导体表面的电流密度乘以1/e得到的值的电流密度的深度被定义为“表皮深度”。e是自然对数的底，1/e大约是0.37。交流电流的频率越大，导体表面的电流密度就越高，导体中心的电流密度就越低。

使用本发明的第一实施方式涉及的电线1的频率根据各产品的规格适当设定，而不特别限定。例如，可以是1kHz～1MHz左右，也可以是10kHz～100kHz左右。如果是家用电磁炉(IH调理器)，则可以是20kHz～100kHz左右。如果是直接使用日本、美国、欧洲及中国等的商用电源频率的产品，则可以是50Hz～60Hz左右。

本发明的第一实施方式涉及的电线1的直径优选为0.05mm～0.6mm左右，但不特别限定。作为构成电线1的线材，可使用黄铜、磷青铜、硅青铜、铜·铍合金、以及铜·镍·硅合金等铜合金。其中，黄铜是包含铜(Cu)和锌(Zn)的合金(Cu-Zn)，也可以包含有铜和锌以外的少量的元素。硅青铜是包含铜、锡(Sn)以及硅(Si)的合金(Cu-Sn-Si)，也可以包含有铜、锡以及硅以外的少量元素。磷青铜是包含铜、锡以及磷(P)的合金(Cu-Sn-P)，也可以包含有铜、锡以及磷以外的少量元素。这些铜合金线可被进行锡、铜或铬(Cr)等的电镀处理。另外，电线1除了圆筒状以外，也可以具有平角状等各种形状。

另外，作为本发明的第一实施方式涉及的电线1，可以是在铝(Al)线的外周均匀地包覆有铜(Cu)的铜包铝(CCA)线。CCA线整体的直径优选为0.05mm～0.6mm左右，但不特别限定。铜层的截面面积相对于铝线和铜层合并后的电线整体的截面面积大于0且为30％以下，优选为3％～15％左右，更优选为3％～10％左右，最优选为3％～5％左右。铜层的截面面积与电线整体的截面面积之比越小，越能够减小交流电阻。作为铝线，例如，可使用电气用铝(EC铝)或Al-Mg-Si类合金(编号JIS6000)的铝合金。

在电线1等导体中，由于导体内的磁通而在导体内流过涡电流，作为表皮效应，该涡电流使交流电阻增大。另外，由于外部磁通而在导体内流过涡电流，作为邻近效应，该涡电流使交流电阻增大。

根据专利文献6，电线或线圈的每单位长度的交流电阻R_ac可由下式(1)表示。

[数学式1]

R_ac＝R_s+R_p...(1)

其中，R_s是包含由表皮效应引起的增加的每单位长度的裸线的电阻，R_p是由邻近效应引起的每单位长度的裸线的电阻。在此，根据专利文献6，R_s、R_p由下式(2)和(3)表示。

[数学式2]

k²＝-jωμ₀σ...(4)

其中，j表示虚数单位，π表示圆周率，ω表示角频率，μ₀表示真空的磁导率，a表示裸线半径，表示复数的实数部，J_n表示n次的第一类贝塞尔函数。另外，α是表示作用于裸线的磁场的强度的系数。

线圈、电线的电阻与构成线圈、电线的导体的长度成正比，与构成线圈、电线的导体的裸线根数成反比。因此，如果将导体的长度设为l、将导体的裸线根数设为N，则线圈、电线的交流电阻由下式(5)表示。

[数学式3]

根据专利文献6，将作用于电线、线圈的各裸线的磁场的强度设为H_i时，由涡电流引起的每单位长度的导线损失P_L由下式(6)表示。

[数学式4]

因此，裸线数为N、匝数为T、各匝的导体的长度为l_i的线圈的损失由下式(7)表示。

[数学式5]

此外，如果是匝数为1的电线，则T＝1。另外，能量损失由电流的二次方与电阻之积的二分之一表示，因此根据式(5)，由邻近效应引起的损失由下式(8)表示。

[数学式6]

其中，i₀是裸线电流。根据式(7)和(8)，α由下式(9)表示。

[数学式7]

其中，H_i通过假定电线、线圈形状，由使用有限元法的计算、使用安培定律等的计算获得。

在频率充分高的情况下，表皮效应显著，如果如图3所示电线1的半径a比表皮深度d大，则如图3中斜线部分所示，裸线电流集中流至表皮深度d。另一方面，在本发明的第一实施方式中，如图1所示，由于电线1的半径a比表皮深度小，因此表皮效应充分减小，裸线电流在电线1整体流过。因此，对于电线1和线圈的交流电阻，邻近效应处于支配地位，R_s-与直流电阻相等，由下式(10)表示。另外，根据非专利文献1，P_L由下式(11)表示。

[数学式8]

因此，使用电导率为σ₁、σ₂的两种不同的线材的线圈的交流电阻R_ac1、R_ac2由下式(12)、(13)表示。

[数学式9]

在此，假设R_ac1、R_ac2的值相等，获得下式(14)。

[数学式10]

此时的频率f₁及交流电阻R₁分别由下式(15)、(16)表示。

[数学式11]

如此，发现：当使用电导率为σ₁、σ₂的两种不同的线材的线圈的交流电阻R_ac1、R_ac2相等时，其电阻与这些线圈的直流电阻之和相等。

因此，在本发明的第一实施方式涉及的电线1及使用该电线1的线圈中，使用电导率比铜低的线材，电线1的半径a比表皮深度小，并将使用电线1、线圈的频率下的电线1的交流电阻规定为电线1的直流电阻和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻之和以上。

即，将本发明的第一实施方式涉及的电线1的电导率设为σ₁[Ω^-1·m^-1]，将具有与电线1相同的形状和外径的铜线的电导率设为σ₂[Ω^-1·m^-1]，将表示作用于电线1的磁场强度的系数设为α[m^-1]，将圆周率设为π，将电线1和铜线的半径设为a[m]，将真空的磁导率设为μ₀[H/m]，将构成电线1的导体的根数设为N[根]，将构成电线1的导体的长度设为l[m]，则所使用的频率下的电线1的交流电阻R[Ω]被规定为满足下式(17)。

[数学式12]

此时的频率f[kHz]满足下式(18)。

[数学式13]

根据本发明的第一实施方式涉及的电线1及线圈，在使用电线、线圈的频率下，能够使交流电阻与具有与电线相同的形状和外径的铜线相等或为其以下。另外，由于能够使用电线的直流电阻和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻来规定使用电线1、线圈的频率下的交流电阻，因此能够更简便地设计电线、线圈。

[实施例]

图4和图5示出了使用式(2)～(5)以及(9)对将材质是铜或铝、外径为0.4mm、成品直径为0.43mm的漆包线绞合九根、并在内径为20.0mm的线轴上缠绕42匝所得到的线圈的交流电阻进行计算得到的结果。

在此，设铜的电导率为5.80×10⁴Ω^-1·mm^-1、铝的电导率为3.70×10⁴Ω^-1·mm^-1进行计算。另外，α的值求出为5.6mm^-1。

由图4和图5可知，铝线圈(以下，也称作“Al线圈”)的直流电阻比铜线圈(以下，也称作“Cu线圈”)的直流电阻大。另外，还可知，在频率f₁至比频率f₁高的频率f₂的特定频率区域内，Al线圈的交流电阻比Cu线圈的交流电阻小。

即，在比频率f₁低的频率下，Al线圈的交流电阻比Cu线圈的交流电阻大。在频率f₁下，Al线圈和Cu线圈的交流电阻为R1，是一致的。在频率f₁至频率f₂的特定频率区域内，邻近效应损失处于支配地位，因此Al线圈和Cu线圈的交流电阻的大小颠倒。在频率f₂下，Al线圈和Cu线圈的交流电阻为R2，是一致的。在比频率f₂高的频率下，该邻近效应与铜的情况相比增大，因此Al线圈的交流电阻比Cu线圈的交流电阻大。另外，裸线径越粗或者绕数越多，频率f₁就越向低频侧迁移。

图4所示的频率f₁与上式(15)的频率f₁相对应。另外，通过使本发明的实施方式涉及的电线1的半径a比表皮深度小，由上式(18)规定的频率f将比图4所示的高频侧的频率f₂低。因此，频率f被规定为频率f₁以上且小于频率f₂，由此能够使交流电阻与具有与电线相同的形状和外径的铜线相等或为其以下。

接下来，在与计算图4和图5所示的Al线圈和Cu线圈的交流电阻时相同的条件下制作出Al线圈和Cu线圈。即，制作出将外径为0.4mm、成品直径为0.43mm、材质是铜或铝的漆包线绞合九根、并在内径为20mm的线轴上缠绕42匝得到的Al线圈和Cu线圈。使用LCR测量仪测量制作出的Al线圈和Cu线圈的交流电阻所得到的结果示于图6和图7。图6中还示出了由式(5)计算的Cu线圈和Al线圈的交流电阻的计算值。但是，设铜的电导率为5.80×10⁴Ω^-1·mm^-1、铝的电导率为3.70×10⁴Ω^-1·mm^-1进行计算。另外，形状因子α由基于式(5)的计算值和测量值之间的比较，在双方的线圈中求出为5.6mm^-1。

Cu线圈的直流电阻为47.9mΩ，Al线圈的直流电阻为79.4mΩ，Cu线圈的直流电阻比Al线圈的直流电阻小。但是，如图6和图7所示，随着频率提高，交流电阻增大，在某一频率下Cu线圈的交流电阻和Al线圈的交流电阻一致，在比该频率更高的高频侧，Cu线圈的交流电阻比Al线圈的交流电阻高。Al线圈的交流电阻和Cu线圈的交流电阻一致时的频率是39kHz，此时的交流电阻是131mΩ。相对于该实测值，由基于式(16)的直流电阻之和计算出的交流电阻R₁是127mΩ，由此可确认计算出的交流电阻与实测出的交流电阻充分一致。另外，由式(15)计算出的频率f₁是38.8kHz，由此可确认计算出的频率与实测出的频率充分一致。

[电线和线圈的设计方法]

作为本发明的第一实施方式涉及的电线和线圈的设计方法的一例，选择电导率比铜低的线材。另外，设计为：电线的半径比表皮深度小，使用电线、线圈的频率下的电线的交流电阻为电线的直流电阻和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻之和以上。

根据本发明的第一实施方式涉及的电线和线圈的设计方法，由于能够基于电线的直流电阻和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻进行设计，因此能够容易地设计和制造能够使交流电阻与具有与电线相同的形状和外径的铜线相等或为其以下的电线和线圈。此外，上述的电线和线圈的设计方法也能够使用中央处理器(CPU)、存储装置等硬件资源自动地进行。

(第二实施方式)

[电线及线圈]

如图8所示，本发明的第二实施方式涉及的电线1是内层(第一层)2以及在内层2的周围形成外层(第二层)3的双层结构的线材，内层2由电导率比铜低的物质构成，外层3由铜构成。并且，在本发明的第二实施方式涉及的电线1中，电线1的半径a比表皮深度小，使用电线1的频率下的电线1的交流电阻值被规定为：电线的内层2的截面面积与电线1整体的截面面积之比乘以电线1的直流电阻值得到的值、和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

使用本发明的第二实施方式涉及的电线1的频率根据各产品的规格适当设定，而不特别限定。例如，可以是1kHz～1MHz左右，也可以是10kHz～100kHz左右。如果是家用电磁炉(IH调理器)，则可以是20kHz～100kHz左右。如果是直接使用日本、美国、欧洲及中国等的商用电源频率的产品，则可以是50Hz～60Hz左右。

本发明的第二实施方式涉及的电线1的直径优选为0.05mm～0.6mm左右，但不特别限定。作为构成电线1的线材，可使用在作为内层2的铝(Al)线的外周均匀包覆有作为外层3的铜(Cu)得到的铜包铝(CCA)线。作为外层3的铜层的截面面积相对于铝线和铜层合并后的电线整体的截面面积大于0且为30％以下，优选为3％～15％左右，更优选为3％～10％左右，最优选为3％～5％左右。铜层的截面面积相对于电线整体的截面面积之比越小，越能够减小交流电阻。作为成为内层2的铝线，例如，可使用电气用铝(EC铝)或Al-Mg-Si类合金(编号JIS6000)的铝合金。

另外，作为内层2的材料，除了铝以外，还可以采用电导率比铜低的各种物质，但优选非磁性材料。例如，电线1的内层2也可以是充满绝缘体的铜管。作为绝缘体，可列举树脂和空气等。

在本发明的第二实施方式中，也能够应用在本发明的第一实施方式中说明的式(1)～(11)。在本发明的第二实施方式中，半径为a、内层2的半径为b、外层3的电导率为σ₂、内层2的电导率为σ₁的双层结构的电线的直流电阻由下式(19)表示。另外，根据非专利文献2，P_L由下式(20)表示。

[数学式14]

因此，使用半径为a、内层2的半径为b、外层3的电导率为σ₂、内层2的电导率为σ₁的双层结构的线材的线圈的高频电阻R_ac1、以及使用半径为a、电导率为σ₂的线材的线圈的高频电阻R_ac2由下式(21)、(22)表示。

[数学式15]

在此，假设R_ac1、R_ac2的值相等，则得到下式(23)。

[数学式16]

此时的频率f₁及高频电阻R₁分别由下式(24)、(25)表示。

[数学式17]

如此，发现：当使用半径为a、内层2的半径为b、外层3的电导率为σ₂、内层3的电导率为σ₁的双层结构的线材、以及半径为a、电导率为σ₂的线材这两种不同的线材的线圈的高频电阻R_ac1、R_ac2相等时，其电阻值等于线材的内层2的截面面积与线材的截面面积之比乘以双层结构的线材的直流电阻值得到的值、和具有与电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和。

在此，作为本发明的第二实施方式涉及的电线的一个方式，由同样的材料构成的电线以内层2的半径b与电线整体的半径a相等的情况来表示。即，成为下式(26)和(27)，从而与关于本发明的第一实施方式涉及的单层结构的情况下的电线1的频率f₁及高频电阻R₁的式(15)和(16)相等。

[数学式18]

如此，发现：当使用半径为a且电导率为σ₁的线材、以及半径为a且电导率为σ₂的线材这两种不同的线材的线圈的高频电阻R_ac1、R_ac2相等时，其电阻值R₁与这些线材的直流电阻值之和相等。

因此，在本发明的第二实施方式涉及的电线1及使用该电线1的线圈中，使用外层3为铜且内层2的电导率比铜低的双层结构的线材，电线1的半径a比表皮深度小，并将使用电线1和线圈的频率下的电线1的交流电阻值规定为内层2的截面面积与电线1整体的截面面积之比乘以电线1的直流电阻值得到的值、和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。但是，电线1的外层3的厚度也可以等于0，该情况下，内层2的截面面积与电线1整体的截面面积之比等于1。

即，将双层结构的电线1的内层2的电导率设为σ₁[Ω^-1·m^-1]，将铜的电导率设为σ₂[Ω^-1·m^-1]，将表示作用于电线1的磁场的强度的系数设为α[m^-1]，将圆周率设为π，将内层2的半径设为b[m]，将电线1的半径设为a[m]，将真空的磁导率设为μ₀[H/m]，将构成电线1的导体的根数设为N[根]，将构成电线1的导体的长度设为l[m]，则所使用的频率下的电线1的交流电阻R[Ω]被规定为满足下式(28)。

[数学式19]

此时的频率f[kHz]满足下式(29)。

[数学式20]

根据本发明的第二实施方式涉及的双层结构的电线1及使用该电线1的线圈，在使用电线1和线圈的频率下，能够使交流电阻与具有与电线相同的形状和外径的铜线相等或为其以下。另外，由于能够使用电线1的直流电阻和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻来规定使用双层结构的电线1和线圈的频率下的交流电阻，因此能够更简便地设计电线1和线圈。

[实施例]

图9和图10示出了使用LCR测量仪测量将外径为0.6mm、成品直径为0.63mm、材质是铜或CCA的漆包线绞合四根、并在内径为20mm的线轴上缠绕42匝得到的线圈的交流电阻所得到的结果。图9还示出了由上式(5)计算的铜线线圈(以下，也称作“Cu线圈”)和CCA线圈(以下，也称作“CCA线圈”)的电阻计算值。其中，设铜的电导率为5.8×10⁴Ω^-1·mm^-1、铝的电导率为3.7×10⁴Ω^-1·mm^-1进行计算。另外，由基于式(5)的计算值和测量值之间的比较，在双方的线圈中求出形状因子α为2.4mm^-1。

Cu线圈的直流电阻为47.4mΩ、CCA线圈的直流电阻为69.9mΩ，Cu线圈的直流电阻比CCA线圈的直流电阻小。但是，如图9和图10所示，随着频率提高，交流电阻增大，在某一频率下Cu线圈的交流电阻和CCA线圈的交流电阻一致，在比该频率更高的高频侧，Cu线圈的交流电阻比CCA线圈的交流电阻高。另外，CCA线圈的交流电阻和Cu线圈的交流电阻一致时的频率是27.3kHz，该交流电阻是131mΩ。相对于该实测值，由式(27)计算出的交流电阻R₁是130mΩ，由此可确认计算出的交流电阻与实测出的交流电阻充分一致。另外，由式(26)计算出的频率f₁是28.0kHz，由此可确认计算出的频率与实测出的频率充分一致。

[电线和线圈的设计方法]

作为本发明的第二实施方式涉及的电线1和线圈的设计方法的一例，选择外层3由铜构成、内层2由电导率比铜低的物质构成的线材。另外，设计为：电线1的半径比表皮深度小，并且使用电线1和线圈的频率下的电线的交流电阻为电线1的内层2的截面面积与电线1整体的截面面积之比乘以电线1的直流电阻值得到的值、和具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上。

根据本发明的第二实施方式涉及的电线和线圈的设计方法，由于能够基于电线1的直流电阻、外层3的半径、内层2的半径、以及具有与电线1相同的形状和外径的铜线的直流电阻进行设计，因此能够容易地设计和制造能够使交流电阻与具有与电线1相同的形状和外径的铜线相等或为其以下的电线1和线圈。此外，上述的电线1和线圈的设计方法也能够使用中央处理器(CPU)、存储装置等硬件资源自动地进行。

(其他的实施方式)

如上所述，本发明通过第一和第二实施方式进行了记述，但成为本发明的公开的一部分的论述和附图不应理解为对本发明进行限定。本领域的技术人员根据该公开能够构想到各种替代的实施方式、实施例及应用技术。

本发明的电线可用于电子设备产业，其包含高频变压器、马达、电抗器、扼流线圈、感应加热装置、磁头、高频供电电缆、DC电源单元、转换电源、AC适配器、涡电流检测方式等的变位传感器/探伤传感器、IH电磁炉、非接触供电装置或高频电流产生装置等各种装置的制造业。

如此，本发明当然包含在此未记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围仅根据上述的说明由妥当的权利要求书涉及的发明特定事项限定。

标号说明

1…电线

2…内层

3…外层

Claims (5)

1.一种电线，具有单层结构或双层结构，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在所述第一层的周围形成有由铜构成的第二层，所述电线的特征在于，

所述电线的半径比表皮深度小，

使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值被规定为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以所述电线的直流电阻值得到的值、和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

所述电线为单层结构时，使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值被规定为所述电线的直流电阻值和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

设所述电线的电导率为σ₁，所述铜线的电导率为σ₂，表示作用于所述电线的磁场的强度的系数为α，圆周率为π，所述电线和铜线的半径为a，真空的磁导率为μ₀，构成所述电线的导体的根数为N，构成所述电线的导体的长度为l，则使用所述电线的频率f由下式限定，

[数学式1]

$f\≥\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}}\frac{1}{{\mathrm{\α\π}}^2{a}^3{\mathrm{\μ}}_0}$

并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻R由下式限定，

[数学式2]

$R\≥(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\πa}}^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\πa}}^2})\×\frac{l}{N}.$

2.一种电线，具有单层结构或双层结构，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在所述第一层的周围形成有由铜构成的第二层，所述电线的特征在于，

所述电线的半径比表皮深度小，

使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值被规定为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以所述电线的直流电阻值得到的值、和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

所述电线为双层结构，设所述第一层的电导率为σ₁，铜的电导率为σ₂，表示作用于所述电线的磁场的强度的系数为α，圆周率为π，所述第一层的半径为b，所述电线的半径为a，真空的磁导率为μ₀，构成所述电线的导体的根数为N，构成所述电线的导体的长度为l，则使用所述电线的频率f由下式限定，

[数学式3]

$f\≥\frac{1}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\α\μ}}_{0}ab}\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2\[{\mathrm{\σ}}_2(a^2-b^2)+{\mathrm{\σ}}_1{b}^2\]}}$

并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻R由下式限定，

[数学式4]

$R\≥\left(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\πa}}^2}+\frac{a^2}{b^2}\frac{1}{\mathrm{\π}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2(a^2-b^2)+{\mathrm{\σ}}_1{b}^2}\right)\×\frac{l}{N}.$

3.一种线圈，其特征在于，所述线圈使用根据权利要求1或2所述的电线。

4.一种电线的设计方法，其特征在于，

使用单层结构或双层结构的线材，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在所述第一层的周围形成有由铜构成的第二层，

以如下方式进行设计：所述电线的半径比表皮深度小，并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以所述电线的直流电阻值得到的值、和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

所述电线为单层结构时，使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值被规定为所述电线的直流电阻值和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

设所述电线的电导率为σ₁，所述铜线的电导率为σ₂，表示作用于所述电线的磁场的强度的系数为α，圆周率为π，所述电线和铜线的半径为a，真空的磁导率为μ₀，构成所述电线的导体的根数为N，构成所述电线的导体的长度为l，则使用所述电线的频率f由下式限定，

[数学式1]

$f\≥\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}}\frac{1}{{\mathrm{\α\π}}^2{a}^3{\mathrm{\μ}}_0}$

并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻R由下式限定，

[数学式2]

$R\≥(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\πa}}^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\πa}}^2})\×\frac{l}{N}.$

5.一种电线的设计方法，其特征在于，

使用单层结构或双层结构的线材，所述单层结构具有由电导率比铜低的物质构成的第一层，所述双层结构在所述第一层的周围形成有由铜构成的第二层，

以如下方式进行设计：所述电线的半径比表皮深度小，并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻值为电线的第一层的截面面积与电线整体的截面面积之比乘以所述电线的直流电阻值得到的值、和具有与所述电线相同的形状和外径的铜线的直流电阻值之和以上，

所所述电线为双层结构，设所述第一层的电导率为σ₁，铜的电导率为σ₂，表示作用于所述电线的磁场的强度的系数为α，圆周率为π，所述第一层的半径为b，所述电线的半径为a，真空的磁导率为μ₀，构成所述电线的导体的根数为N，构成所述电线的导体的长度为l，则使用所述电线的频率f由下式限定，

[数学式3]

$f\≥\frac{1}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\α\μ}}_{0}ab}\sqrt{\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2\[{\mathrm{\σ}}_2(a^2-b^2)+{\mathrm{\σ}}_1{b}^2\]}}$

并且使用所述电线的频率下的所述电线的交流电阻R由下式限定，

[数学式4]

$R\≥\left(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\πa}}^2}+\frac{a^2}{b^2}\frac{1}{\mathrm{\π}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_2(a^2-b^2)+{\mathrm{\σ}}_1{b}^2}\right)\×\frac{l}{N}.$