JP2009205999A

JP2009205999A - 渦巻きコイルおよび巻線装置

Info

Publication number: JP2009205999A
Application number: JP2008048953A
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: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP5127509B2

Abstract

【課題】渦巻きコイルのコイル厚を薄くすると共にターン数の自由度を増やす。
【解決手段】断面が扁平形状の扁平電線（１）の長軸（Ａ）の方向をコイル巻軸（Ａｘ）に対して傾斜角度θだけ傾斜させて、渦巻き状に扁平電線（１）を巻回する。傾斜角度θは、扁平電線（１）の長軸長をａとし、短軸長をｂとするとき、コイル厚条件として、ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ＜ａ、および、巻きピッチ条件として、ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθ＜ａ、が共に成り立つ角度範囲に入るように設定する。
【効果】渦巻きコイルのコイル厚を薄くすることが出来る。所定のコイル幅に対する最大ターン数を増やし、ターン数の自由度を増やすことが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は、渦巻きコイルおよび巻線装置に関し、さらに詳しくは、コイル厚を薄くできると共にターン数の自由度を増やすことが出来る渦巻きコイルおよびその渦巻きコイルを製造するための巻線装置に関する。

従来、平角線の長軸方向をコイル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１参照。）。
他方、平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回（エッジワイズ巻）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。）。
特開平６−２３６７９６号公報（図１）特開平８−０４５６５４号公報（図１）

平角線の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルでは、平角線の短軸長ｂがほぼコイル厚Ｔとなるため、コイル厚Ｔを薄くすることが出来るが、巻きピッチＰが平角線の長軸長ａ以上になるため、所定のコイル幅（＝コイル外径−コイル内径）Ｄに対するターン数Ｎの最大値Ｎmxが小さくなってしまう（Ｎmx≒Ｄ／ａ）。つまり、コイル厚Ｔについては問題がないが、ターン数Ｎの自由度が小さい問題点がある。
他方、平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルでは、巻きピッチＰが平角線の短軸長ｂ以上になるため、所定のコイル幅Ｄに対するターン数Ｎの最大値Ｎmxを大きくすることが出来る（Ｎmx≒Ｄ／ｂ）が、平角線の長軸長ａがほぼコイル厚Ｔとなるため、コイル厚Ｔが厚くなってしまう。つまり、ターン数Ｎの自由度が大きいが、コイル厚Ｔを薄くできない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、コイル厚Ｔを薄くできると共にターン数Ｎの自由度を増やすことが出来る渦巻きコイルおよびその渦巻きコイルを製造するための巻線装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、断面が扁平形状の扁平電線（１）が渦巻き状に巻回されたコイルであって、前記扁平電線（１）の長軸長をａとし、短軸長をｂとし、コイル巻軸（Ａｘ）に対して前記長軸がなす角度をθとするとき、コイル厚条件として、ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ＜ａ、および、巻きピッチ条件として、ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθ＜ａ、が成り立つことを特徴とする渦巻きコイル（１０）を提供する。
上記第１の観点による渦巻きコイル（１０）では、０゜＜θ＜９０゜になる。つまり、コイル巻軸（Ａｘ）に対して扁平電線（１）を傾斜させて渦巻き状に巻回することになる。
このときのコイル厚Ｔは、Ｔ＝ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθとなるが、コイル厚条件として、ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ＜ａ、であるため、扁平電線（１）の長軸長ａよりもコイル厚Ｔを薄くできる。つまり、従来の平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルに比べて、コイル厚を薄くすることが出来る。
また、隣接するターンを密着させて巻回したときの巻きピッチＰは、Ｐ＝ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθとなるが、巻きピッチ条件として、ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθ＜ａ、であるため、扁平電線（１）の長軸長ａよりも巻きピッチＰを小さく出来る。つまり、従来の平角線の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルに比べて、所定のコイル幅Ｄに対するターン数Ｎの最大値Ｎmxを大きくでき（Ｄ／ａ＜Ｎmx）、ターン数Ｎの自由度を増やすことが出来る。

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、扁平電線（１）が平角線（リボン線）であり、且つ、ａ／ｂ≧３であることを特徴とする渦巻きコイル（１０）を提供する。
扁平電線（１）の断面が長方形であるときの対角線長ｄは長軸長ａより大きいため、傾斜角θが０゜から或る角度までの角度範囲ではコイル厚Ｔが長軸長ａより大きくなってしまう。この角度範囲は、長軸長ａが短軸長ｂに近づくほど大きくなる。つまり、長軸長ａが短軸長ｂに近づくほど、傾斜角度θが制限されてしまう。
そこで、上記第２の観点による渦巻きコイル（１０）では、長軸長ａを短軸長ｂの３倍以上とした。これにより、傾斜角度θの制限は約３８゜以上なる（３８゜＜θ）。

なお、平角線を用いた高周波用渦巻きコイルにおいて高周波損失低減を行うには、使用周波数における表皮深さの２倍より小さな短辺の平角線とする必要がある。一方、電流容量を大きくするためには、長辺を大きくして電線断面積を大きくせねばならない。つまり、長辺短辺比の大きな平角線を使用しなければならない。
この時、従来の平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルでは、コイル厚が大きくなってしまう。また、従来の平角線の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルでは、巻線ピッチが大きくなるため、ターン数が不足してしまう。
これに対して、上記第２の観点による渦巻きコイル（１０）では、長辺短辺比の大きな平角線を使用でき、コイル厚を薄くでき、且つ、巻線ピッチを小さくしてターン数を増やすことが出来る。

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、前記扁平電線（１）が、複数本の絶縁被覆素線を断面長方形または楕円になるように集めた集合線またはリッツ線であることを特徴とする渦巻きコイル（１０）を提供する。
複数本の絶縁被覆素線を断面長方形または楕円になるように集めた集合線またはリッツ線としては、幾つかの既存の電線が市販されている。このような市販の電線では、長軸長ａや短軸長ｂが決まっているため、これらを用いて従来の渦巻きコイルを作成すると、コイル厚Ｔやターン数Ｎが決まってしまい、自由度が小さい。
これに対して、上記第３の観点による渦巻きコイル（１０）では、長軸長ａや短軸長ｂが決まっている市販の電線を用いても、傾斜角度θを変えることにより、コイル厚Ｔやターン数Ｎを変えることが出来る。すなわち、設計の自由度を増やすことが出来る。

第４の観点では、本発明は、断面が扁平形状の扁平電線（１）を渦巻き状に巻回するための巻芯（６０）と、前記巻芯（６０）に設けられ前記扁平電線（１）を挟む巻線空隙（６３）を形成する第一フランジ（６１）および第二フランジ（６２）を備えた巻線装置であって、前記巻線空隙（６３）での前記巻芯（６０）の外周面（６４）が該巻芯（６０）の軸（６５）に対して傾斜していることを特徴とする巻線装置（１００）を提供する。
上記第４の観点による巻線装置（１００）では、巻線空隙（６３）での巻芯（６０）の外周面（６４）が巻芯（６０）の軸（６５）に対して傾斜しているから、コイル巻軸（Ａｘ）に対して扁平電線（１）を傾斜させて巻芯（６０）に渦巻き状に巻回することが出来る。すなわち、請求項１から請求項３に記載の渦巻きコイル（１０）を好適に製造することが出来る。

本発明の渦巻きコイルによれば、従来の平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルに比べて、コイル厚を薄くすることが出来る。また、従来の平角線の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルに比べて、ターン数Ｎの自由度を増やすことが出来る。
本発明の巻線装置によれば、本発明の渦巻きコイル（１０）を好適に製造することが出来る。

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に係る渦巻きコイル１０を示す上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル１０は、断面が扁平形状の扁平電線１の長軸Ａの方向をコイル巻軸Ａｘに対して傾斜角度θだけ傾斜させて、渦巻き状に扁平電線１を巻回したものである。

図３に示すように、扁平電線１の長軸長をａとし、短軸長をｂとするとき、コイル厚Ｔは、Ｔ＝ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ、となる。また、隣接するターンを密着させたときの巻きピッチＰは、Ｐ＝ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθとなる。
そして、コイル厚条件として、
ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ＜ａ
および、巻きピッチ条件として、
ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθ＜ａ
が共に成り立つ角度範囲に入るように、傾斜角度θが設定されている。

数値例を示すと、長軸長ａ＝１ｍｍ、短軸長ｂ＝０．２ｍｍの断面長方形の扁平電線１をθ＝４５゜に傾けて且つ隣接するターンを密着させて渦巻き状に巻回し、コイル幅１０ｍｍの渦巻きコイル１０とすると、コイル厚Ｔ≒０．８５ｍｍ、ターン数Ｎ≒３５となる。

他方、図３において、θ＝０゜で示しているのは、扁平電線１の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルである。コイル厚はほぼ長軸長ａになり、隣接するターンを密着させたときの巻きピッチはほぼ短軸長ｂになるから、上記の数値例の扁平電線１を用いると、コイル厚≒１ｍｍ、ターン数≒５０となる。

また、図３において、θ＝９０゜で示しているのは、扁平電線１の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイルであり、コイル厚はほぼ短軸長ｂになり、隣接するターンを密着させたときの巻きピッチはほぼ長軸長ａになるから、上記の数値例の扁平電線１を用いると、コイル厚≒０．２ｍｍ、ターン数≒１０となる。

実施例１の渦巻きコイル１０によれば、従来の平角線の長軸方向をコイル厚方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイル（図３のθ＝０゜）に比べて、コイル厚Ｔを薄くすることが出来る。また、従来の平角線の長軸方向をコイル径方向に向けて渦巻き状に巻回した渦巻きコイル（図３のθ＝９０゜）に比べて、ターン数Ｎの自由度を増やすことが出来る。

図４は、本発明に係る渦巻きコイルを製造するための巻線装置１００を示す一部破断斜視図である。
回転する巻芯６０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、扁平電線１を巻き込んでゆく。

巻線空隙６３での巻芯６０の外周面６４は、巻芯６０の軸６５に対して傾斜している。この傾斜角度は、製造したい渦巻きコイルの傾斜角度θになっている。
また、巻線隙間６３の隙間幅は、製造したい渦巻きコイルのコイル厚Ｔにクリアランスを加えた寸法になっている。

所定のターン数だけ渦巻き状に巻き終わると、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６０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、渦巻きコイルのコイル形状を維持することが出来る。

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。

実施例１に係る渦巻きコイルを示す上面図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。コイル厚条件および巻きピッチ条件の説明図である。実施例３に係る巻線装置を示す一部破断斜視図である。

符号の説明

１扁平電線
１０渦巻きコイル
６０巻芯
６１第一フランジ
６２第二フランジ
６３巻線隙間
６４外周面
１００巻線装置
Ｐ巻きピッチ
Ｔコイル厚
θ 傾斜角度

Claims

断面が扁平形状の扁平電線（１）が渦巻き状に巻回されたコイルであって、前記扁平電線（１）の長軸長をａとし、短軸長をｂとし、コイル巻軸（Ａｘ）に対して前記長軸がなす角度をθとするとき、
コイル厚条件として、ａ＊cosθ＋ｂ＊sinθ＜ａ
および
巻きピッチ条件として、ｂ＊tanθ＊sinθ＋ｂ＊cosθ＜ａ
が成り立つ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、扁平電線（１）が平角線であり、且つ、ａ／ｂ≧３であ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、前記扁平電線（１）が、複数本の絶縁被覆素線を断面長方形または楕円になるように集めた集合線またはリッツ線であることを特徴とする渦巻きコイル（１０）。
断面が扁平形状の扁平電線（１）を渦巻き状に巻回するための巻芯（６０）と、前記巻芯（６０）に設けられ前記扁平電線（１）を挟む巻線空隙（６３）を形成する第一フランジ（６１）および第二フランジ（６２）を備えた巻線装置であって、前記巻線空隙（６３）での前記巻芯（６０）の外周面（６４）が該巻芯（６０）の軸（６５）に対して傾斜していることを特徴とする巻線装置（１００）。