JP2010050241A - 電気機器用コイルおよびコイル用電線 - Google Patents
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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
【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
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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (7)
- 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。
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JP2008212363A JP2010050241A (ja) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | 電気機器用コイルおよびコイル用電線 |
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JP2008212363A JP2010050241A (ja) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | 電気機器用コイルおよびコイル用電線 |
Publications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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