JP2010050241A

JP2010050241A - 電気機器用コイルおよびコイル用電線

Info

Publication number: JP2010050241A
Application number: JP2008212363A
Authority: JP
Inventors: Chisato Ikeda; 千里池田; Hiroshi Kitazawa; 弘北沢; Kazumasa Maruyama; 和正丸山; Yoshio Ko; 義雄高
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】高周波における近接効果による銅損を低減する。
【解決手段】断面が長方形状の銅線（１）に軟磁性材薄膜（２）をメッキし、さらにその外周に絶縁エナメル（３）を焼付けたコイル用電線（１０）を用いて、電線断面の長辺相当面が対面するように且つコイル巻軸ａの周りにソレノイド状に巻線した電気機器用コイル。
【効果】流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜（２）で遮断されて銅線部分まで入り難くなるため、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制でき、
【選択図】図２

Description

本発明は、電気機器用コイルおよびコイル用電線に関し、さらに詳しくは、高周波における近接効果による銅損を低減することが出来る電気機器用コイルおよびコイル用電線に関する。

従来、断面が長方形状の銅線を用いて、銅線断面の長辺相当面が対面するように且つソレノイド状に巻線したエッジワイズ巻き電磁コイルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、断面が長方形状の銅線を用いて、銅線断面の長辺相当面が対面するように且つ渦巻き状に巻線した誘導加熱用コイルが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００７−１７３２６３号公報特開平８−４５６５４号公報

上記従来の渦巻きコイルでは、一つの銅線に流れる電流が作り出す磁界が他の銅線に入るため、高周波において近接効果による銅損が増加する問題点があった。
そこで、本発明の目的は、高周波における近接効果による銅損を低減することが出来る電気機器用コイルおよびコイル用電線を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、断面が長方形状の銅線の外周に軟磁性材層を形成しさらにその外周に絶縁層を形成した単線を用いて、単線断面の長辺相当面が対面するように、ソレノイド状または渦巻き状に巻線したことを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
上記第１の観点による電気機器用コイルでは、一つの銅線に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材層で遮断され、他の銅線まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による電気機器用コイルにおいて、前記単線の長辺相当面がコイル巻軸に対し傾斜して巻回されていることを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
上記第２の観点による電気機器用コイルでは、単線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺をコイル巻軸に対し傾斜させて巻くため、長辺同士が対面するように且つ長辺がコイル巻軸に対し平行に巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。また、短辺同士が対面するように巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。換言すれば、コイル外径の要求と巻数の要求を調和させることが容易になる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による電気機器用コイルにおいて、前記銅線の断面短辺長をＡとし、前記軟磁性材層の厚さをｔとし、前記軟磁性材の比透磁率をμrとし、前記絶縁層の厚さをδとし、隣接する巻線間の空隙をｇとするとき、Ａ＋２・δ＋ｇ≦５・μr・ｔが成り立つことを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
図１，図２に示すように、空間的な巻線間隔ｄは、ｄ＝Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・ｔである。しかし、磁気回路的な巻線間隔は、軟磁性材層の厚さｔの比透磁率μr 倍になるから、Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・μr・ｔとなる。一方、軟磁性材層が無ければ、ｔ＝０であるから、巻線間隔は、Ａ＋２・δ＋ｇとなる。従って、軟磁性材層が無い場合と軟磁性材層が有る場合の磁気回路的な巻線間隔の比は、
Ａ＋２・δ＋ｇ：Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・μr・ｔ
＝１：１＋２・μr・ｔ／（Ａ＋２・δ＋ｇ）
となる。
近接効果による損失は磁気回路的な巻線距離の２乗に反比例するから、軟磁性材層が無い場合の損失の半分以下に軟磁性材層が有る場合の損失を抑制したいなら、前者と後者の磁気回路的な巻線間隔の比が、
１：√{２}
≒１：１．４
より大きくなればよい。
換言すれば、
２・μr・ｔ／（Ａ＋２・δ＋ｇ）≧０．４
が成り立てば、近接効果による損失を軟磁性材層が無い場合の半分以下にすることが出来る。
上式を変形すると、
Ａ＋２・δ＋ｇ≦５・μr・ｔ
となる。
すなわち、上記第３の観点による電気機器用コイルでは、近接効果による損失を軟磁性材層が無い場合の半分以下にすることが出来る。

第４の観点では、本発明は、断面が長方形状の銅線の外周に軟磁性材層を形成しさらにその外周に絶縁層を形成した単線を単線断面の長辺相当面が重なるように複数本まとめた組線を用いて、組線断面の長辺相当面が対面するように、ソレノイド状または渦巻き状に巻線し、前記複数本の単線が並列結線されることを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
上記第４の観点による電気機器用コイルでは、単線の厚さを薄くすることが出来るので、渦電流損を抑制することが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第４の観点による電気機器用コイルにおいて、前記組線の長辺相当面がコイル巻軸に対し傾斜して巻回されていることを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
上記第５の観点による電気機器用コイルでは、組線の長辺同士が対面するように且つ長辺をコイル巻軸に対し傾斜させて巻くため、長辺同士が対面するように且つ長辺がコイル巻軸に対し平行に巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を減らすことが出来る。また、短辺同士が対面するように巻く場合に比べて、コイル外径に対する最大巻数を増やすことが出来る。換言すれば、コイル外径の要求と巻数の要求を調和させることが容易になる。

第６の観点では、本発明は、前記第１から前記第５のいずれかの観点による電気機器用コイルにおいて、前記軟磁性材の比透磁率をμrとするとき１０≦μr≦５００であり、前記軟磁性材層の厚さをｔ[μｍ]とするとき０．５≦ｔ≦２であることを特徴とする電気機器用コイルを提供する。
１０≦μr≦５００となる軟磁性材は、ニッケル，ニッケル合金，鉄，鉄合金など多くある。従って、１０≦μr≦５００とすれば、実施が容易になる。
また、軟磁性材層の厚さｔが０．５［μｍ］未満だと、バラツキでメッキされない部分が発生しやすくなるが、このような部分あると、磁気回路的な損失が増加するから、軟磁性材層の厚さｔは０．５［μｍ］以上とする。また、軟磁性材層の厚さｔが２［μｍ］より大きくなると、メッキ工程の所要時間が長くかかると共に仕上がり単線が硬くなってコイル化し難くなる。さらに、軟磁性材層での渦電流損が増加するから、軟磁性材層の厚さｔは２［μｍ］以下とする。

第７の観点では、本発明は、断面が長方形状の銅線に軟磁性材薄膜をメッキしさらにその外周に絶縁エナメルを焼付けたコイル用電線であって、前記軟磁性材の比透磁率をμrとするとき１０≦μr≦５００であり、前記軟磁性材薄膜の膜厚をｔとするとき０．５[μｍ]≦ｔ≦２[μｍ]であり、前記銅線の断面短辺長をＡ[μｍ]とし、前記絶縁エナメルの厚さをδ[μｍ]とするときＡ＋２・δ≦５・μr・ｔが成り立つことを特徴とするコイル用電線を提供する。
Ａ＋２・δ≦５・μr・ｔが成り立つコイル用電線であれば、上記第３の観点における条件式Ａ＋２・δ＋ｇ≦５・μr・ｔが、ｇ＝０としても成立する。
すなわち、上記第７の観点によるコイル用電線では、コイル用電線を密着させて巻いても（ｇ＝０でも）、近接効果による損失を軟磁性材層が無い場合の半分以下にすることが出来る。

本発明の電気機器用コイルおよびコイル用電線によれば、高周波における近接効果による銅損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、実施例１に係るコイル用電線１０を示す断面図である。
このコイル用電線１０は、断面が長方形状の銅線１に軟磁性材薄膜２をメッキし、さらにその外周に絶縁エナメル３を焼付けたコイル用電線である。
軟磁性材薄膜２の比透磁率μrは、１０≦μr≦５００である。
軟磁性材薄膜２の膜厚ｔは、０．５[μｍ]≦ｔ≦２[μｍ]である。
銅線１の断面短辺長をＡとし、絶縁エナメル３の厚さをδとするとき、Ａ＋２・δ≦５・μr・ｔが成り立っている。

具体例としては、銅線１の断面短辺長Ａ＝７９[μｍ]であり、断面長辺長Ｂ＝９２３[μｍ]である。軟磁性材は、コイル化の際の圧縮変形や伸張変形に追従しやすいニッケルまたはニッケル合金であり、μr＝１００である。軟磁性材薄膜２の膜厚ｔ＝１．５[μｍ]である。絶縁エナメル３の厚さδ＝１０[μｍ]である。従って、７９＋２・１０（＝９９）≦５・１００・１．５（＝７５０）が成り立っている。

図２は、実施例２に係る電気機器用コイル１０１を示す断面図である。
この電気機器用コイル１０１は、実施例１のコイル用電線１０の単線を用いて、単線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ａの周りにソレノイド状に巻線した構成である。

空間的な巻線間隔ｄ＝Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・ｔである。しかし、磁気回路的な巻線間隔は、軟磁性材薄膜２の厚さｔが比透磁率μr 倍になるから、Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・μr・ｔとなる。

実施例１のコイル用電線１０ではＡ＋２・δ≦５・μr・ｔが成り立っているから、Ａ＋２・δ＋ｇ≦５・μr・ｔが必ず成り立っている。

実施例２の電気機器用コイル１０１によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。そして、コイル用電線１０を密着させて巻いても（ｇ＝０でも）、近接効果による損失を軟磁性材薄膜が無い場合の半分以下にすることが出来る。

図３の実線は、コイル内径２０［ｍｍ］，コイル長２．１ｍｍ，巻数２０．５［ターン］の電気機器用コイル１０１のＲｓ／Ｒ０の周波数特性図である。破線は、上記電気機器用コイル１０１から軟磁性材薄膜２を省いた電気機器用コイルのＲｓ／Ｒ０の周波数特性図である。なお、Ｒｓは交流抵抗値、Ｒ０は直流抵抗値である。

図４は、実施例３に係る電気機器用コイル１０２を示す断面図である。
この電気機器用コイル１０２は、実施例１のコイル用電線１０の単線を用いて、単線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ｂの周りに渦巻き状に巻線した構成である。

空間的な巻線間隔ｄ＝Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・ｔである。しかし、、磁気回路的な巻線間隔は、軟磁性材薄膜２の厚さｔが比透磁率μr 倍になるから、Ａ＋２・δ＋ｇ＋２・μr・ｔとなる。

実施例３の電気機器用コイル１０２によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。そして、コイル用電線１０を密着させて巻いても（ｇ＝０でも）、近接効果による損失を軟磁性材薄膜が無い場合の半分以下にすることが出来る。

図５は、実施例４に係る電気機器用コイル１０３を示す断面図である。
この電気機器用コイル１０３は、実施例１のコイル用電線１０の単線を用いて、単線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ｂに対し単線断面の長辺相当面（Ｂ）が傾斜するようにコイル巻軸ｂの周りに渦巻き状に巻線した構成である。

実施例４の電気機器用コイル１０３によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。

図６は、実施例５に係るコイル用電線組線２０を示す断面図である。
このコイル用電線組線２０は、実施例１のコイル用電線１０の単線を単線断面の長辺相当面が重なるように３本まとめた組線である。

図７は、実施例６に係る電気機器用コイル２０１を示す断面図である。
この電気機器用コイル２０１は、実施例５のコイル用電線組線２０を用いて、組線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ａの周りにソレノイド状に巻線し、コイル用電線組線２０を構成する３本のコイル用電線１０を並列結線した構成である。

実施例６の電気機器用コイル２０１によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。そして、コイル用電線組線２０を密着させて巻いても（ｇ＝０でも）、近接効果による損失を軟磁性材薄膜が無い場合の半分以下にすることが出来る。

図８は、実施例７に係る電気機器用コイル２０２を示す断面図である。
この電気機器用コイル２０２は、実施例５のコイル用電線組線２０を用いて、組線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ｂの周りに渦巻き状に巻線した構成である。

実施例７の電気機器用コイル２０２によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。そして、コイル用電線１０を密着させて巻いても（ｇ＝０でも）、近接効果による損失を軟磁性材薄膜が無い場合の半分以下にすることが出来る。

図９は、実施例８に係る電気機器用コイル２０３を示す断面図である。
この電気機器用コイル２０３は、実施例５のコイル用電線組線２０を用いて、組線断面の長辺相当面（Ｂ）が対面するように且つコイル巻軸ｂに対し単線断面の長辺相当面（Ｂ）が傾斜するようにコイル巻軸ｂの周りに渦巻き状に巻線した構成である。

実施例８の電気機器用コイル２０３によれば、一つの銅線１に流れる電流が作り出す磁界は軟磁性材薄膜２で遮断され、他の銅線１まで入り難くなるため（入っても小さくなるため）、高周波における近接効果による銅損の増加を抑制することが出来る。

本発明の電気機器用コイルおよびコイル用電線は、電力伝送電気回路や電源回路におけるコイルやトランス、インダクター，ＴＶ用偏向ヨーク、ＩＨヒーターコイルやモーターなどに利用できる。

実施例１に係るコイル用電線を示す断面図である。実施例２に係る電気機器用コイルを示す断面図である。実施例２に係る電気機器用コイルおよび比較例のコイルのＲｓ／Ｒ０周波数特性図である。実施例３に係る電気機器用コイルを示す断面図である。実施例４に係る電気機器用コイルを示す断面図である。実施例５に係るコイル用電線を示す断面図である。実施例６に係る電気機器用コイルを示す断面図である。実施例７に係る電気機器用コイルを示す断面図である。実施例８に係る電気機器用コイルを示す断面図である。

符号の説明

１銅線
２軟磁性材薄膜
３絶縁エナメル
１０コイル用電線
２０コイル用電線組線
１０１〜１０３電気機器用コイル
２０１〜２０３電気機器用コイル

Claims

断面が長方形状の銅線の外周に軟磁性材層を形成しさらにその外周に絶縁層を形成した単線を用いて、単線断面の長辺相当面が対面するように、ソレノイド状または渦巻き状に巻線したことを特徴とする電気機器用コイル。
請求項１に記載の電気機器用コイルにおいて、前記単線の長辺相当面がコイル巻軸に対し傾斜して巻回されていることを特徴とする電気機器用コイル。
請求項１または請求項２に記載の電気機器用コイルにおいて、前記銅線の断面短辺長をＡとし、前記軟磁性材層の厚さをｔとし、前記軟磁性材の比透磁率をμrとし、前記絶縁層の厚さをδとし、隣接する巻線間の空隙をｇとするとき、Ａ＋２・δ＋ｇ≦５・μr・ｔが成り立つことを特徴とする電気機器用コイル。
断面が長方形状の銅線の外周に軟磁性材層を形成しさらにその外周に絶縁層を形成した単線を単線断面の長辺相当面が重なるように複数本まとめた組線を用いて、組線断面の長辺相当面が対面するように、ソレノイド状または渦巻き状に巻線し、前記複数本の単線が並列結線されることを特徴とする電気機器用コイル。
請求項４に記載の電気機器用コイルにおいて、前記組線の長辺相当面がコイル巻軸に対し傾斜して巻回されていることを特徴とする電気機器用コイル。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の電気機器用コイルにおいて、前記軟磁性材の比透磁率をμrとするとき１０≦μr≦５００であり、前記軟磁性材層の厚さをｔ[μｍ]とするとき０．５≦ｔ≦２であることを特徴とする電気機器用コイル。
断面が長方形状の銅線に軟磁性材薄膜をメッキしさらにその外周に絶縁エナメルを焼付けたコイル用電線であって、前記軟磁性材の比透磁率をμrとするとき１０≦μr≦５００であり、前記軟磁性材薄膜の膜厚をｔとするとき０．５[μｍ]≦ｔ≦２[μｍ]であり、前記銅線の断面短辺長をＡ[μｍ]とし、前記絶縁エナメルの厚さをδ[μｍ]とするときＡ＋２・δ≦５・μr・ｔが成り立つことを特徴とするコイル用電線。