JP2009205898A

JP2009205898A - 渦巻きコイル

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Publication number: JP2009205898A
Application number: JP2008045914A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ko; 義雄高; Chisato Ikeda; 千里池田
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP5063410B2

Abstract

【課題】内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルであって且つ支持板やスペーサのような部材を用いないでコイル形状を維持する。
【解決手段】管状の編組線を用い、内周側のターンではコイル径方向の幅が広くなるように編組線を変形させ、外周側のターンではコイル径方向の幅が狭くなるように編組線を変形させ、且つ、各ターンを当接させて、編組線を渦巻き状に巻回する。
【効果】内周側のターンより外周側のターンの編組線のコイル径方向の幅が狭く且つ各ターンが当接しているため、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルとなる。各ターンが当接しているため、隣接するターンを融着または接着することで、支持板やスペーサのような部材を用いないで、コイル形状を維持することが出来る。
【選択図】図４

Description

本発明は、渦巻きコイルに関し、さらに詳しくは、内周側の巻線ピッチ（隣接するターンの巻線中心間距離）よりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルであって且つ支持板やスペーサのような部材を用いないでコイル形状を維持しうる渦巻きコイルに関する。

従来、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２８００２９号公報（［００３０］、図７）

上記従来の渦巻きコイルは、石英ガラス面上に固着されることによりコイル形状を維持している。
しかし、石英ガラス面上に固着される前は、各ターンの間に空隙があるため、支持板やスペーサのような部材を用いないとコイル形状を維持できない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルであって且つ支持板やスペーサのような部材を用いないでコイル形状を維持しうる渦巻きコイルを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、自己融着絶縁被覆素線（１）を管状に編んだ編組線（２）または自己融着でない絶縁被覆素線（３）を管状に編んだ編組線（４）の外周を絶縁層（５）で被覆しその外周を接着層（６）で被覆した被覆編組線（７）が、各ターンを当接させて渦巻き状に巻回されると共に、最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）よりも最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）が狭いことを特徴とする渦巻きコイル（１０，２０，３０，４０）を提供する。
上記第１の観点による渦巻きコイルでは、柔らかな管状の編組線を用いるため、容易に変形させることが出来る。そこで、内周側のターンではコイル径方向の幅が広くなるように編組線を変形させ、外周側のターンではコイル径方向の幅が狭くなるように編組線を変形させ、且つ、各ターンを当接させて、編組線を渦巻き状に巻回すれば、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルとすることが出来る。そして、各ターンが当接しているため、隣接するターンを融着または接着することで、支持板やスペーサのような部材を用いないで、コイル形状を維持することが出来る。
なお、絶縁被覆素線を編んだ編組線を用いるため、高周波損失を低減できる効果もある。
また、コイル厚は、中心部で薄く、周縁部で厚くなるため、渦巻きコイルの両面または片面は凹面になるから、例えばＩＨコンロに用いた場合に、渦巻きコイルの凹面を鍋底面の凸面に合わせるように利用することが出来る。

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、各ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｉ）が、前記最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）から前記最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）まで連続的に変化していることを特徴とする渦巻きコイル（１０）を提供する。
上記第２の観点による渦巻きコイル（１０）では、最内周ターンから最外周ターンまで連続的に巻線ピッチ（Ｐ１〜Ｐｎ）を変化させることが出来る。

第３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、各ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｉ）が、前記最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）から前記最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）まで２段以上で段階的に変化していることを特徴とする渦巻きコイル（２０）を提供する。
上記第３の観点による渦巻きコイル（２０）では、最内周ターンから最外周ターンまで段階的に巻線ピッチ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を変化させることが出来る。

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渦巻きコイルにおいて、渦巻きコイルの一方面で各ターンの端部を平面に揃えたことを特徴とする渦巻きコイル（３０，４０）を提供する。
上記第４の観点による渦巻きコイル（３０，４０）では、平面上に設置する場合に、平面と渦巻きコイルの各ターンとを密着させることが出来る。また、例えばワイヤレス給電装置の一次コイルとして用いた場合に、給電対象物の平面状の二次コイルと好適に電磁結合させることが出来る。

本発明の渦巻きコイルは、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルのコイル形状を、支持板やスペーサのような部材を用いないで維持することが出来る。また、編組線を用いてコイルとするため、高周波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、本発明の渦巻きコイルに用いる編組線２を示す斜視図である。
この編組線２は、自己融着絶縁被覆素線１を管状に編んだものである。

図２は、本発明の渦巻きコイルに用いる被覆編組線７を示す斜視図である。
この被覆編組線７は、自己融着でない絶縁被覆素線３を管状に編んだ編組線４の外周を、常温で柔軟性のある例えばフッ素樹脂や塩化ビニル樹脂などの絶縁層５で被覆し、その外周を接着層６で被覆したものである。

編組線２は、被覆編組線７よりも柔軟性に優れている。他方、被覆編組線７は、編組線２よりも耐電圧特性および絶縁信頼性に優れている。

図３は、実施例１に係る渦巻きコイル１０を示す上面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル１０は、編組線２または被覆編組線７を、各ターンを当接させて渦巻き状に巻回すると共に、各ターンでのコイル径方向の編組線２，７の幅Ｗｉを、最内周ターンでのコイル径方向の編組線２，７の幅Ｗ１から最外周ターンでのコイル径方向の編組線２，７の幅Ｗｎまで連続的に変化させたものである。

実施例１に係る渦巻きコイル１０によれば、各ターンが当接しているため、隣接するターンを融着（編組線２を用いた場合）または接着（被覆編組線７を用いた場合）することで、支持板やスペーサのような部材を用いないで、コイル形状を維持することが出来る。また、絶縁被覆素線を編んだ編組線を用いるため、高周波損失を低減できる。

図５は、実施例２に係る渦巻きコイル２０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２０は、編組線２または被覆編組線７を、各ターンを当接させて渦巻き状に巻回すると共に、全ターンの内の内周側の半分ではコイル径方向の編組線２，７の幅を、最内周ターンでのコイル径方向の編組線２，７の幅Ｗ１とし、全ターンの内の外周側の半分ではコイル径方向の編組線２，７の幅を、最外周ターンでのコイル径方向の編組線２，７の幅Ｗｎとし、編組線２，７の幅を実質的に２段階に変化させたものである（実質的に２段階というのは、幅がＷ１からＷｎへと変化する途中部分を含むターンがあるから）。

実施例２に係る渦巻きコイル２０によれば、各ターンが当接しているため、隣接するターンを融着（編組線２を用いた場合）または接着（被覆編組線７を用いた場合）することで、支持板やスペーサのような部材を用いないで、コイル形状を維持することが出来る。また、絶縁被覆素線を編んだ編組線を用いるため、高周波損失を低減できる。

図７は、実施例３に係る渦巻きコイル３０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３０は、実施例１の渦巻きコイル１０と同様の構成であるが、渦巻きコイル３０の一方面で各ターンの端部を平面に揃えたものである。

実施例３に係る渦巻きコイル３０によれば、平面上に設置する場合に、平面と渦巻きコイル３０の平面に揃えた各ターンの端部とを密着させることが出来る。従って、例えばワイヤレス給電装置やＩＨ装置に用いた場合に渦巻きコイル３０から給電対象物や加熱対象物までの距離を短くすることが出来る。

図９は、実施例４に係る渦巻きコイル４０を示す上面図である。図１０は、図９のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル４０は、実施例２の渦巻きコイル２０と同様の構成であるが、渦巻きコイル４０の一方面で各ターンの端部を平面に揃えたものである。

実施例４に係る渦巻きコイル４０によれば、平面上に設置する場合に、平面と渦巻きコイル４０の平面に揃えた各ターンの端部とを密着させることが出来る。従って、例えばワイヤレス給電装置やＩＨ装置に用いた場合に渦巻きコイル４０から給電対象物や加熱対象物までの距離を短くすることが出来る。

外径０．１ｍｍの自己融着絶縁被覆素線１の７本単位（概略横に並べる）のものを２４組用いて編みピッチ３０ｍｍで丸編みとした編組線２にて、内径２０ｍｍ、外径５０ｍｍ、ターン数７の渦巻きコイルＡを作成した。各ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗｉは、最内周ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗ１≒１ｍｍから最外周ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗｎ≒４ｍｍまで略直線的に変化させた。従って、巻きピッチＰｉは、最内周ターンでの巻きピッチＰ１≒１ｍｍから最外周ターンでの巻きピッチＰｎ≒４ｍｍまで略直線的に変化する。

他方、比較例として、各ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗｉを、最内周ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗ１≒２ｍｍから最外周ターンでのコイル径方向の編組線２の幅Ｗｎ≒２ｍｍまで一定とし、それ以外の要素は変えないで渦巻きコイルＢを作成した。従って、巻きピッチＰｉは、最内周ターンでの巻きピッチＰ１≒２ｍｍから最外周ターンでの巻きピッチＰｎ≒２ｍｍまで一定になる。

実施例５の渦巻きコイルＡについて、各周波数における直列実効抵抗ＲｓとインダクタンスＬを測定し、インダクタンス当りの高周波損失係数Ｒｓ／Ｌを求めた。また、比較例の渦巻きコイルＢについて、各周波数における直列実効抵抗ＲｓとインダクタンスＬを測定し、インダクタンス当りの高周波損失係数Ｒｓ／Ｌを求めた。

図１１は、実施例５の渦巻きコイルＡについての高周波損失係数Ｒｓ／Ｌを比較例の渦巻きコイルＢについての高周波損失係数Ｒｓ／Ｌで割った「（Ｒｓ／Ｌ）の比」の周波数特性図である。
これによれば、約２００ｋＨｚまでは、実施例５の渦巻きコイルＡの方が、比較例の渦巻きコイルＢよりも、インダクタンス当りの損失が軽減されている（Ｑが高くなることと等価）。

なお、Ｒｓ／Ｌを指標としたのは、巻きピッチを変えるとインダクタンスＬが変化するため、直列実効抵抗Ｒｓのみの単純比較では、コイル動作としての意味が無いためである。

図１２は、実施例１に係る渦巻きコイル１０を製造する方法の説明図である。
回転する巻芯５０に取り付けられた第一フランジ６１と第二フランジ６２の間に形成される巻線隙間６３に、巻きテンションを調節しながら、編組線２，７を巻き込んでゆく。巻線隙間６３の隙間幅が中心部では狭く、周縁部では広くなっているため、コイル径方向の編組線２，７の幅は、内周側では広くなり、外周側では狭くなる。
かくして、巻線隙間６３の隙間幅と巻きテンションとによって、内周側の巻線ピッチよりも外周側の巻線ピッチを密にした渦巻きコイルを巻回することが出来る。

図１３に示すように、所定のターン数だけ渦巻き状に巻き終わると、渦巻きコイル１０の外形を規制するための押し板７１，７２により、巻芯５０に巻いた渦巻きコイル１０の外周面に加圧する。そして、巻き初め側の端部と巻き終わり側の端部の絶縁被覆を除去し、それら端部に通電加熱装置を接続し、通電加熱し、隣接するターンを自己融着させるか接着し、冷却する。これにより、巻芯５０から取り外しても、支持板やスペーサのような部材を用いないで、渦巻きコイル１０のコイル形状を維持することが出来る。

実施例２の渦巻きコイル２０は、巻線隙間６３の隙間幅を中心部から周縁部へ段階的に変化させれば製造できる。
実施例３の渦巻きコイル３０は、第一フランジ６１の下面を巻芯５０の軸に直交する平面とし、第二フランジ６２の上面を中心部から周縁部へ連続的に傾斜させれば製造できる。
実施例４の渦巻きコイル４０は、第一フランジ６１の下面を巻芯５０の軸に直交する平面とし、第二フランジ６２の上面を中心部から周縁部へ段階的に変化させれば製造できる。
実施例５の渦巻きコイルＡは巻線隙間６３の隙間幅を中心部から周縁部へ略直線的に変化させれば製造できるし、比較例の渦巻きコイルＢは巻線隙間６３の隙間幅を中心部から周縁部まで一定にすれば製造できる。

本発明の渦巻きコイルは、例えば電力伝送電気回路や電源回路における空芯のコイル又はトランス、或いはＩＨヒーターコイル等に利用できる。

自己融着絶縁被覆素線を用いた編組線を示す斜視図である。自己融着でない絶縁被覆素線を用いた編組線を示す斜視図である。実施例１に係る渦巻きコイルを示す斜視図である。図３のＡ−Ａ’断面図である。実施例２に係る渦巻きコイルを示す斜視図である。図５のＡ−Ａ’断面図である。実施例３に係る渦巻きコイルを示す斜視図である。図７のＡ−Ａ’断面図である。実施例４に係る渦巻きコイルを示す斜視図である。図９のＡ−Ａ’断面図である。実施例５の渦巻きコイルＡについての高周波損失係数Ｒｓ／Ｌを比較例の渦巻きコイルＢについての高周波損失係数Ｒｓ／Ｌで割った「（Ｒｓ／Ｌ）の比」の周波数特性図である。巻線のための金型を示す一部破断斜視図である。整形のための押し板を示す上面図である。

符号の説明

１自己融着絶縁被覆素線
２，４編組線
３自己融着でない絶縁被覆素線
５絶縁層
６接着層
７被覆編組線
１０，２０，３０，４０渦巻きコイル
Ｐ１〜Ｐｎ巻きピッチ
Ｗ１〜Ｗｎ編組線のコイル径方向の幅

Claims

自己融着絶縁被覆素線（１）を管状に編んだ編組線（２）または自己融着でない絶縁被覆素線（３）を管状に編んだ編組線（４）の外周を絶縁層（５）で被覆しその外周を接着層（６）で被覆した被覆編組線（７）が、各ターンを当接させて渦巻き状に巻回されると共に、最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）よりも最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）が狭いことを特徴とする渦巻きコイル（１０，２０，３０，４０）。
請求項１に記載の渦巻きコイルにおいて、各ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｉ）が、前記最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）から前記最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）まで連続的に変化していることを特徴とする渦巻きコイル（１０）。
請求項１に記載の渦巻きコイルにおいて、各ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｉ）が、前記最内周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗ１）から前記最外周ターンでのコイル径方向の前記編組線（２，７）の幅（Ｗｎ）まで２段以上で段階的に変化していることを特徴とする渦巻きコイル（２０）。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の渦巻きコイルにおいて、渦巻きコイルの一方面で各ターンの端部を平面に揃えたことを特徴とする渦巻きコイル（３０，４０）。