JP2004031735A - 低抵抗巻線コイル - Google Patents

Abstract

【課題】設計の変更および新たに製造することなく、容易に抵抗を半減できる低抵抗巻線コイルを提供することにある。
【解決手段】電子部品の一つであるマグネットワイヤ６１を螺旋状に巻いた巻線コイル１０において、２個の同じ巻線コイル１，２を並列に接続したものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の一つであるマグネットワイヤを、螺旋状に巻いて形成される巻線コイルに係り、特に、巻線コイルの接続や配置を工夫し、抵抗の低減化を図った低抵抗巻線コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、従来の巻線コイル６０は、電子部品の一つであるマグネットワイヤ６１を螺旋状に巻いたものである。この巻線コイル６０は、抵抗がＲであり、自己インダクタンスがＬである。巻線コイル６０の両端に電圧Ｖを印加すると、巻線コイル６０には電流Ｉ６０が流れる。
【０００３】
巻線コイル６０を形成するマグネットワイヤ６１は、それ自身も抵抗を有する。巻線コイル６０の抵抗Ｒは、言い換えれば、マグネットワイヤ６１の抵抗Ｒである。このため、巻線コイル６０に電流Ｉ６０が流れると、マグネットワイヤ６１の抵抗Ｒにより損失が生じる。したがって、巻線コイル６０の抵抗Ｒを低減することが求められている。
【０００４】
巻線コイル６０の抵抗Ｒを低減する方法の一つとして、マグネットワイヤ６１の断面積を大きくして抵抗Ｒを低減する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題　】
しかしながら、マグネットワイヤ６１の抵抗Ｒと断面積は反比例の関係にあるため、抵抗Ｒを２分の１にするには、マグネットワイヤ６１の断面積を２倍にしなければならない。
【０００６】
また、マグネットワイヤ６１を流れる電流Ｉ６０が高周波の電流になると、表皮効果により、電流はマグネットワイヤ６１の断面の表面層を流れるようになる。この場合、マグネットワイヤ６１の抵抗Ｒは、マグネットワイヤ６１の直径に反比例する。したがって、抵抗Ｒを２分の１にするには、マグネットワイヤ６１の直径を２倍にしなければならず、その場合、マグネットワイヤ６１の断面積は４倍になる。
【０００７】
このように、マグネットワイヤ６１の断面積を大きくすることで抵抗Ｒを低減する方法では、特に高周波を利用する環境において、マグネットワイヤ６１の断面積を著しく増加させる必要がある。その結果、巻線コイル６０の形状と電気的特性が変化してしまうため、新たな巻線コイルの形状設計および製造が必要になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、設計の変更および新たに製造することなく、容易に抵抗を半減できる低抵抗巻線コイルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、電子部品の一つであるマグネットワイヤを螺旋状に巻いた巻線コイルにおいて、同じ巻線コイル２個を並列に接続した低抵抗巻線コイルである。
【００１０】
請求項２の発明は、２個の巻線コイルは、相互インダクタンスを有するように配置される請求項１記載の低抵抗巻線コイルである。
【００１１】
請求項３の発明は、２個の巻線コイルは、マグネットワイヤの巻き方向が互いに逆向きである請求項１または２記載の低抵抗巻線コイルである。
【００１２】
請求項４の発明は、電子部品の一つであるマグネットワイヤを螺旋状に巻いた巻線コイルにおいて、同じマグネットワイヤ２本を束にし、束にした２本のマグネットワイヤを螺旋状に巻いた低抵抗巻線コイルである。
【００１３】
請求項５の発明は、一方のマグネットワイヤの始端と他方のマグネットワイヤの終端を接続すると共に、一方のワイヤの終端と他方のマグネットワイヤの始端を接続した請求項４記載の低抵抗巻線コイルである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好適実施の形態である低抵抗巻線コイルの等価回路を示したものである。
【００１６】
図１に示すように、本発明に係る低抵抗巻線コイル１０は、主として、フィルタ、共振回路、スイッチングレギュレータなどの電気・電子回路素子や、スピーカー、トランス、リレーなどの電気・電子部品として使用されるものである。
【００１７】
低抵抗巻線コイル１０は、電子部品の一つである２本のマグネットワイヤ６１，６１が互いに逆向きに螺旋状に巻かれ、それぞれ同じ抵抗Ｒ１（＝Ｒ２）と同じ自己インダクタンスＬ１（＝Ｌ２）を有して形成される２個の空心の巻線コイル１，２を、両巻線コイル１，２間に相互インダクタンスＭが生じるように互いに近接させて配置し、近接配置した両巻線コイル１，２を並列接続したものである。
【００１８】
マグネットワイヤ６１としては、導体を絶縁体で被覆したものならば、いかなるものを用いてもよく、例えば、エナメル線を用いることができる。
【００１９】
図１では、説明の便宜上、巻線コイル１，２の抵抗値と自己インダクタンス値に異なる符号を使用しているが、巻線コイル１，２（マグネットワイヤ６１，６１）の抵抗Ｒ１，Ｒ２は、図６で説明した巻線コイル６０（マグネットワイヤ６１）の抵抗Ｒとそれぞれ等しく、巻線コイル１，２の自己インダクタンスＬ１，Ｌ２も巻線コイル６０の自己インダクタンスＬとそれぞれ等しい。
【００２０】
巻線コイル１は、図１の例で言えば、マグネットワイヤ６１を、左側から右側にかけて右巻きとなるように、複数巻きして形成されている。一方、巻線コイル２は、マグネットワイヤ６１を、左側から右側にかけて左巻きとなるように、巻線コイル１と同じ巻き数だけ複数巻きして形成されている。
【００２１】
巻線コイル１，２は、マグネットワイヤ６１の巻き数に限定されるものではない。例えば、巻き数が１のとき、巻線コイル１，２がそれぞれループ形状のコイルとなるので、その場合には、各ループ形状のコイルに流れる電流の向きが互いに反対になるように、巻線コイル１，２を並列に接続すればよい。
【００２２】
本実施の形態では、巻線コイル１，２として空心コイルを使用しているが、１本のコアの外周にマグネットワイヤ６１，６１を巻き付けたソレノイドコイルを使用してもよいし、２本のコアの外周にマグネットワイヤ６１，６１をそれぞれ巻き付けたソレノイドコイルを使用してもよい。
【００２３】
本実施の形態の作用を説明する。
【００２４】
低抵抗巻線コイル１０の両端に、図６で説明した従来の巻線コイル６０と同じように電圧Ｖを印加すると、低抵抗巻線コイル１０には、電流Ｉが流れる。ここで、巻線コイル１，２に流れる電流をＩ１，Ｉ２、各周波数をω、虚数単位をｉとし、低抵抗巻線コイル１０（図１の等価回路）について回路方程式を立てると、数１のようになる。
【００２５】
【数１】

【００２６】
低抵抗巻線コイル１０は、両巻線コイル１，２が同じ特性（同じ抵抗と自己インダクタンス）を有しており、しかも両巻線コイル１，２間に相互インダクタンスＭが生じているので、数２の関係が成立する。
【００２７】
【数２】

【００２８】
数２の条件において数１を整理すると、数３のようになる。
【００２９】
【数３】

【００３０】
この数３の結果より、低抵抗巻線コイル１０は、図２に示すような等価回路で表すことができ、単一の巻線コイル６０と同じ自己インダクタンスＬをそのまま有し、抵抗だけが単一の巻線コイル６０の２分の１（Ｒ／２）である巻線コイルとなっていることがわかる。
【００３１】
したがって、低抵抗巻線コイル１０と巻線コイル６０に、同じ電圧Ｖを印加した場合、低抵抗巻線１０に流れる電流Ｉは、巻線コイル６０に流れる電流Ｉ６０よりも大きい。
【００３２】
高周波の環境において、単一の巻線コイル６０のような構造で低抵抗巻線コイル１０と同じ特性を得るためには、上述したように、巻線コイル６０の代わりに、巻線コイル６０に対して４倍の体積を有する新たな巻線コイルを使用しなければならない。
【００３３】
これに対して、低抵抗巻線コイル１０は、数１〜数３に示した以上の関係が、周波数に依存せずに成立するため、高周波の環境においても、自己インダクタンスＬと抵抗Ｒ／２を有する特性をそのまま維持でき、巻線コイル６０に対して最大２倍の体積の増加に抑えることができる。
【００３４】
また、低抵抗巻線コイル１０は、特性が同じ巻線コイル１，２を並列に接続するだけの構造であるため、新たな巻線コイルの設計や製造をする必要がない。
【００３５】
低抵抗巻線コイル１０では、巻線コイル１，２のマグネットワイヤ６１，６１の巻き方向が互いに逆向きとなっているので、巻線コイル１，２間に相互インダクタンスＭがより生じやすくなっている。
【００３６】
両巻線コイル１，２間に相互インダクタンスＭが生じていない場合、すなわち、数１においてＭ＝０とおき、同様にして数２の条件において数１を整理すると、抵抗だけでなく自己インダクタンスも２分の１となる。
【００３７】
このように、本発明に係る低抵抗巻線コイル１０は、特性が同じ２個の巻線コイル１，２を並列に接続するだけの簡単な構造なので、巻線コイルの設計の変更および新たに巻線コイルを製造することなく、容易に抵抗を半減できる。
【００３８】
また、本発明に係る低抵抗巻線コイル１０は、周波数に依存せずに、特に高周波の環境においても抵抗を半減できる。
【００３９】
次に、低抵抗巻線コイル１０が使用される一例を説明する。
【００４０】
図３は、ワイヤレスＩＣカードの動作原理を説明する概略図である。
【００４１】
図３に示すように、一般に、ワイヤレスＩＣカードと称されるＩＣカード３１は、情報が記録されたＩＣチップ３２と、ＩＣチップ３２に接続されたアンテナコイル３３とを内蔵したものである。ＩＣチップ３２に記録された情報を読み取るには、リーダ３４を使用する。リーダ３４は、アンテナ３５と、アンテナ３５に接続されて、アンテナ３５に電流を流すと共にアンテナ３５で受信した情報を処理する情報処理装置３６とを備えている。
【００４２】
ＩＣカード３１では、リーダ３４のアンテナ３５から生じる磁束Φにより、内蔵のアンテナコイル３３に電圧が誘起され、誘起された電圧によって内蔵のＩＣチップ３２が作動する。このとき、ＩＣチップ３２は、アンテナコイル３３からアンテナ３５に情報を送信し、情報処理装置３６がその情報を読み取る。
【００４３】
アンテナコイル３３に誘起された電圧の一部は、アンテナコイル３３の抵抗により熱量として損なわれる。このため、アンテナコイル３３の抵抗は小さい方が望ましい。
【００４４】
そこで、このアンテナコイル３３に、本発明に係る低抵抗巻線コイル１０を使用したところ、単一のアンテナコイル（例えば、従来の巻線コイル６０）を内蔵したＩＣカードに比べて、アンテナコイル３３に生じる電圧が低い環境でＩＣチップ３２が作動した。
【００４５】
電圧が低い環境とは、ＩＣチップ３２が作動することができるＩＣカード３１とリーダ３４のアンテナ３５間の距離が長い状態を指す。つまり、低抵抗巻線コイル１０は、リーダ３４の性能を変えることなく、ＩＣカード３１の感度を向上させることができる。
【００４６】
第２の実施の形態を説明する。
【００４７】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。
【００４８】
図４に示すように、低抵抗巻線コイル４０は、同じ２本のマグネットワイヤ４１，４２を束にし、束にした２本のマグネットワイヤ４１，４２を螺旋状に巻いて二重の空心コイルを形成したものである。
【００４９】
図４では、説明の便宜上、マグネットワイヤ４１，４２として異なる符号を使用しているが、マグネットワイヤ４１，４２は同じものであり、図１で説明したマグネットワイヤ６１とも同じものである。
【００５０】
さらに、低抵抗巻線コイル４０は、図５に示すように、二重コイルを形成した後、マグネットワイヤ４１の始端４１ｓとマグネットワイヤ４２の終端４２ｅを接続すると共に、マグネットワイヤ４１の終端４１ｅとマグネットワイヤ４２の始端４２ｓを接続して形成されている。
【００５１】
低抵抗巻線コイル４０によっても、図１で説明した低抵抗巻線コイル１０と同じ作用効果が得られ、図３で説明したＩＣカード３１に使用した場合も同様である。低抵抗巻線コイル４０は、二重コイルの構造となっているので、低抵抗巻線コイル１０と比べて全体がコンパクトになるという利点がある。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）設計の変更および新たに製造することなく、容易に抵抗を半減できる。
（２）周波数に依存せずに抵抗を半減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す等価回路である。
【図２】図１に示した低抵抗巻線コイルを単一のコイルで表現したときの等価回路である。
【図３】本発明に係る低抵抗巻線コイルの使用例であるワイヤレスＩＣカードの動作原理を説明する概略図である。
【図４】第２の実施の形態を示す概略図である。
【図５】図４に示した低抵抗巻線コイルの接続の状態を示す図である。
【図６】従来の巻線コイルの等価回路である。
【符号の説明】
１，２　巻線コイル
１０　低抵抗巻線コイル
６１　マグネットワイヤ

Claims (5)

1. 電子部品の一つであるマグネットワイヤを螺旋状に巻いた巻線コイルにおいて、同じ巻線コイル２個を並列に接続したことを特徴とする低抵抗巻線コイル。
2. ２個の巻線コイルは、相互インダクタンスを有するように配置される請求項１記載の低抵抗巻線コイル。
3. ２個の巻線コイルは、マグネットワイヤの巻き方向が互いに逆向きである請求項１または２記載の低抵抗巻線コイル。
4. 電子部品の一つであるマグネットワイヤを螺旋状に巻いた巻線コイルにおいて、同じマグネットワイヤ２本を束にし、束にした２本のマグネットワイヤを螺旋状に巻いたことを特徴とする低抵抗巻線コイル。
5. 一方のマグネットワイヤの始端と他方のマグネットワイヤの終端を接続すると共に、一方のワイヤの終端と他方のマグネットワイヤの始端を接続した請求項４記載の低抵抗巻線コイル。

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