JP2016219252A - Litz wire, litz wire coil, and production method of litz wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導型の非接触給電システムにおいて150kHz以下の周波数帯で使用される高周波非接触給電コイルに好適なリッツ線、リッツ線コイル、及びリッツ線の製造方法に関する。 The present invention relates to a litz wire, a litz wire coil, and a litz wire manufacturing method suitable for a high frequency non-contact power feeding coil used in a frequency band of 150 kHz or less in an electromagnetic induction type non-contact power feeding system.
近年、電気自動車(EV:Electric Vehicle)の充電方法の一つとして、コイルを用いた電磁誘導方式の非接触給電が検討されている。非接触給電システムは、交流電源から電力が供給される給電側コイル(一次コイル)と、給電側コイルに対向して配置され、給電側コイルと磁気的に結合する受電側コイルとを備える。EV用の非接触給電システムにおいては、給電側コイルが車外(床面)に配置され、受電側コイルが車内に配置される。 In recent years, as a method for charging an electric vehicle (EV), electromagnetic contact type non-contact power feeding using a coil has been studied. The non-contact power supply system includes a power supply side coil (primary coil) to which electric power is supplied from an AC power source, and a power reception side coil that is disposed to face the power supply side coil and is magnetically coupled to the power supply side coil. In the EV non-contact power feeding system, the power feeding side coil is arranged outside the vehicle (floor surface), and the power receiving side coil is arranged inside the vehicle.
給電側コイル及び受電側コイルには、例えばエナメル線(導体を絶縁皮膜で被覆した線材)を同一平面上で渦巻き状に巻線してなる平面コイルが適用される。平面コイルは、例えば、線材の一端側を巻枠に固定し、線材に適当な張力を付加しながら巻枠を回転させることにより製造される。単心のエナメル線をコイル用の線材として適用する場合、インダクタンス等の電気特性のばらつきは小さく、実用範囲内で量産することが可能である。 As the power supply side coil and the power reception side coil, for example, a planar coil formed by winding an enameled wire (a wire having a conductor covered with an insulating film) spirally on the same plane is applied. The planar coil is manufactured, for example, by fixing one end of the wire to the winding frame and rotating the winding frame while applying an appropriate tension to the wire. When a single-core enameled wire is applied as a wire for a coil, variations in electrical characteristics such as inductance are small, and mass production can be performed within a practical range.
また、EV用の非接触給電システムのように、高周波の大電流を流して大電力を伝送する必要がある場合は、複数本のエナメル線(素線)を撚り合わせたリッツ線を巻線してなるリッツ線コイルが用いられる(例えば特許文献1)。リッツ線を用いることで、高周波特有の表皮効果や近接効果による交流抵抗を低減することができる。特許文献1には、複数の大径素線及び複数の小径素線をスパイラル状に撚り合わせたリッツ線を適用した高周波給電用コイルが開示されている。 In addition, when it is necessary to transmit a large amount of high-frequency electric current, such as a non-contact power supply system for EVs, a litz wire made by twisting multiple enamel wires (elementary wires) is wound. A litz wire coil is used (for example, Patent Document 1). By using the litz wire, the AC resistance due to the skin effect and proximity effect peculiar to high frequencies can be reduced. Patent Document 1 discloses a high-frequency power supply coil to which a litz wire obtained by twisting a plurality of large-diameter strands and a plurality of small-diameter strands in a spiral shape is applied.
一般的に、リッツ線は、使用周波数における表皮深さ(電流が流れる表面からの浸透深さ)を参考にして、適切な素線径を選定することが推奨されている。表皮深さdは、下式(1)で与えられる。 Generally, it is recommended to select an appropriate wire diameter for the litz wire with reference to the skin depth at the operating frequency (the penetration depth from the surface through which the current flows). The skin depth d is given by the following formula (1).
式(1)より、200kHz以下では、表皮深さを半径と見立てれば、素線径を0.4mm以下とすることで、表皮効果による交流抵抗を低減することができると考えられる。しかしながら、実際には、素線径が0.14mmを超えるリッツ線を用いたリッツ線コイルにおいて、100kHz以下でも急激な抵抗上昇が観測された(図6参照)。このように、表皮効果を考慮してリッツ線の素線径を選定するだけでは、リッツ線コイルの交流抵抗を十分に低減することはできない。 From equation (1), at 200 kHz or less, assuming that the skin depth is a radius, it is considered that the AC resistance due to the skin effect can be reduced by setting the wire diameter to 0.4 mm or less. However, in reality, in a litz wire coil using a litz wire having a strand diameter exceeding 0.14 mm, a sudden increase in resistance was observed even at 100 kHz or less (see FIG. 6). As described above, the AC resistance of the litz wire coil cannot be sufficiently reduced only by selecting the litz wire diameter in consideration of the skin effect.
本発明の目的は、50〜150kHzの周波数帯で使用される高周波非接触給電用コイルの交流抵抗を低減できるリッツ線、リッツ線コイル、及びリッツ線の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a litz wire, a litz wire coil, and a method of manufacturing a litz wire that can reduce the AC resistance of a high frequency non-contact power feeding coil used in a frequency band of 50 to 150 kHz.
本発明に係るリッツ線は、50〜150kHzの周波数帯で使用される高周波非接触給電コイル用のリッツ線であって、
複数本の素線を撚り合わせてなる一次撚り線を複数束撚り合わせて二次撚り線とし、さらに前記二次撚り線を複数束撚り合わせた構成を有し、
断面が前記複数束の二次撚り線による均等分割構造を有し、
それぞれの分割領域における素線間距離がいずれも3〜15μmであることを特徴とする。
The litz wire according to the present invention is a litz wire for a high frequency non-contact power feeding coil used in a frequency band of 50 to 150 kHz,
A plurality of primary stranded wires formed by twisting a plurality of strands are twisted into a plurality of bundles to form a secondary stranded wire, and further, a plurality of bundles of the secondary stranded wires are twisted together,
The cross-section has an evenly divided structure with a plurality of bundles of secondary stranded wires,
The distance between the strands in each divided region is 3 to 15 μm.
本発明に係るリッツ線コイルは、上記のリッツ線を、同一平面上に所定の巻数で渦巻き状に巻線してなることを特徴とする。 The litz wire coil according to the present invention is formed by winding the litz wire in a spiral shape with a predetermined number of turns on the same plane.
本発明に係るリッツ線の製造方法は、複数本の素線を撚り合わせる第1工程と、
前記第1の工程で得られる複数束の一次撚り線を同一円周上に配置して撚り合わせる第2工程と、
前記第2工程で得られる複数束の二次撚り線を同一円周上に配置して撚り合わせる第3工程と、を備え、
前記第3工程における縮径率が前記第2工程における縮径率よりも大きいことを特徴とする。
The litz wire manufacturing method according to the present invention includes a first step of twisting a plurality of strands,
A second step of arranging and twisting a plurality of bundles of primary strands obtained in the first step on the same circumference;
A third step of arranging and twisting a plurality of bundles of secondary stranded wires obtained in the second step on the same circumference, and
The reduction ratio in the third step is larger than the reduction ratio in the second step.
本発明によれば、50〜150kHzの周波数帯で使用される高周波非接触給電用コイルの交流抵抗を低減することができ、安定した高い電気特性を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the alternating current resistance of the coil for high frequency non-contact electric power feeding used in a 50-150 kHz frequency band can be reduced, and the stable high electrical characteristic can be implement | achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係るリッツ線コイルを示す図である。図1に示すリッツ線コイル1は、EV用の非接触給電システムの給電側コイル又は受電側コイルとして用いられるものである。リッツ線コイル1は、150kHz以下の周波数帯で使用される場合に好適である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a litz wire coil according to an embodiment. A litz wire coil 1 shown in FIG. 1 is used as a power feeding side coil or a power receiving side coil of a non-contact power feeding system for EV. The litz wire coil 1 is suitable when used in a frequency band of 150 kHz or less.
リッツ線コイル1は、リッツ線11を同一平面上で渦巻き状に所定の巻数だけ巻線してなる円環状の平面コイルである。リッツ線コイル1は、最外周側と最内周側から引き出される端部11a、11bを有する。この端部11a、11bには、例えば半田付けにより端子金具(図示略)が接続される。
The litz wire coil 1 is an annular planar coil formed by winding a
リッツ線コイル1は、コイル内径Dinが150〜250mm、コイル外径Doutが350〜600mm、巻数が5〜50ターンであることが好ましい。これにより、電気特性の安定化を図ることができるので、EV用の非接触給電システムの用途として好適である。リッツ線コイル1の寸法(コイル内径Din、コイル外径Dout、巻数)は、非接触給電システムにおいて所望の伝送効率が実現されるように適宜に設計される。 Litz wire coil 1, coil inner diameter D in the 150 to 250 mm, coil outer diameter D out is 350~600Mm, it is preferable number of turns is 5 to 50 turns. As a result, the electrical characteristics can be stabilized, which is suitable for use as a non-contact power feeding system for EVs. The dimensions (coil inner diameter D in , coil outer diameter D out , number of turns) of the litz wire coil 1 are appropriately designed so that desired transmission efficiency is realized in the non-contact power feeding system.
図2は、リッツ線11の詳細な構成を示す断面図である。図2Aは二次撚り線111を撚り合わせた後の状態を示し、図2Bは二次撚り線111を撚り合わせる前の状態を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the
リッツ線11は、導体に絶縁被膜を焼き付けたエナメル線(素線)を、複数本撚り合わせたものである。エナメル線の導体は、銅又は銅合金であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、又は銅とアルミニウムのクラッド材等を適用することもできる。また、エナメル線の絶縁皮膜には、ポリウレタン、ポリビニルホルマール、ポリウレタンナイロン、ポリエステル、ポリエステルナイロン、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド/ポリアミドイミド、ポリイミド等、リッツ線11の端部11a、11bを端子金具(図示略)に半田付けする際に高温の半田により溶融する樹脂材料が好適である。
The
リッツ線11(親撚り線)は、複数本の素線113を撚り合わせてなる一次撚り線112(孫撚り線)を複数束均等に撚り合わせて二次撚り線111(子撚り線)とし、さらに二次撚り線111を複数束均等に撚り合わせて構成される複合撚り線である。
The litz wire 11 (parent stranded wire) is a secondary stranded wire 111 (child stranded wire) obtained by uniformly twisting a plurality of primary stranded wires 112 (grand stranded wires) formed by twisting a plurality of
図2Aに示すように、リッツ線11の断面は、複数束の二次撚り線111よる均等分割構造を有する。「均等分割構造」とは、断面が、撚り合わせた線材(素線、撚り線を含む、図2Aでは二次撚り線111)の数で均等な扇形(内側が円弧の場合を含む)に分割されている構造であり、中心材が配置されている場合を除く。なお、撚り合わせた線材の外形線による形状が扇形になっていると認識できればよく、厳密に均等分割されていなくてもよい。例えば、N束均等分割構造(N:3以上の整数)のリッツ線は、N束の子撚り線を同一円周上に配置して、適当な張力を付与した状態で撚り合わせることにより作製される。
As shown in FIG. 2A, the cross section of the
また、リッツ線11の断面において、それぞれの分割領域における素線間距離は、いずれも3〜15μmである。「分割領域における素線間距離」とは、分割領域内のそれぞれの素線について、隣接する素線との離間距離(絶縁被膜間の距離)を測定し、これらの測定値を平均したものである。現実的には、分割領域ごとに数本(例えば3本)の素線を抽出し、これらの素線について、隣接する素線との離間距離を測定し、平均したものを、当該分割領域における素線間距離とすることができる。なお、「隣接する」とは、2本の素線について共通外接線を引いたとき、共通外接線と素線外形で囲まれる領域に他の素線が全く含まれないような位置関係を意味する。つまり、図3において、素線Xに対して素線A〜Gは隣接するが、素線H〜Nは隣接しない。
Moreover, in the cross section of the
図4は、約500本の素線を異なる構造で集合した集合線の交流抵抗を示す図である。素線径は0.1mm、試料長は2mである。図4中、「×」は500本の素線を一括して集合した平行集合線(撚り合わせなし)、「■」は72本の素線を撚り合わせた一次撚り線(子撚り線)を7束撚り合わせた複合リッツ線、「●」は20本の素線を撚り合わせた一次撚り線(孫撚り線)を5束撚り合わせて二次撚り線(子撚り線)とし、さらにこれを5束撚り合わせた複合リッツ線についての結果を示す。 FIG. 4 is a diagram showing the AC resistance of an assembly line in which about 500 strands are assembled in different structures. The strand diameter is 0.1 mm, and the sample length is 2 m. In FIG. 4, “×” indicates a parallel assembly wire (no twisting) in which 500 strands are collectively gathered, and “■” indicates a primary strand (sub strand) in which 72 strands are twisted together. A composite litz wire twisted in 7 bundles, “●” is a primary twisted wire (sub-strand wire) in which 20 strands are twisted together to form a secondary twisted wire (child twisted wire). The result about the composite litz wire twisted 5 bundles is shown.
7束×72本のリッツ線は、一束の子撚り線を中心に配置し、その周囲に6束の子撚り線を配置して撚り合わせたものである。5束×5束×20本のリッツ線は、5束均等分割構造を有するものである。 7 bundles x 72 litz wires are arranged by twisting together a bundle of child strands arranged around a bundle of child strands. 5 bundles x 5 bundles x 20 litz wires have a 5-bundle equally divided structure.
図4より、素線径が同じであっても、撚り合わせ構造が異なると、交流抵抗も異なることが分かる。すなわち、素線径の選択だけでは、低い交流抵抗を得ることはできず、撚り合わせ構造も交流抵抗を低減するための一要因となる。例えば、図4より、複数の素線を撚り合わせたリッツ線は、撚り合わせのない平行集合線に比較して交流抵抗を低減することができる。 FIG. 4 shows that even if the strand diameter is the same, the AC resistance is different if the twisted structure is different. That is, a low AC resistance cannot be obtained only by selecting the wire diameter, and the twisted structure is one factor for reducing the AC resistance. For example, as shown in FIG. 4, a litz wire obtained by twisting a plurality of strands can reduce the AC resistance as compared to a parallel assembly wire without twisting.
また、7束×72本のリッツ線は、一束の子撚り線を中心に配置し、その周囲に6束の子撚り線を配置して撚り合わせるため、撚り構造が安定する点で有利であるが、近接効果による交流抵抗が高くなり、80kHz以上の高周波数帯ではかなり不利となる。一方、図4には示していないが、中心に子撚り線を配置しない6束均等分割構造を有するリッツ線(6束×84本)は、撚り構造が崩れないように注意する必要があるが、高周波数帯において実用的な低抵抗を得ることができる。つまり、交流抵抗を低減するためには、均等分割構造を有することが好ましい。 In addition, 7 bundles x 72 litz wires are arranged in the center of a bundle of child strands, and 6 bundles of child strands are arranged around them and twisted together, which is advantageous in that the twisted structure is stable. However, the AC resistance due to the proximity effect is increased, which is disadvantageous in a high frequency band of 80 kHz or higher. On the other hand, although not shown in FIG. 4, it is necessary to pay attention so that the litz wire (6 bundles × 84) having the 6-bundle equally divided structure in which the child strands are not arranged at the center is not broken. A practical low resistance can be obtained in the high frequency band. That is, in order to reduce AC resistance, it is preferable to have an equally divided structure.
さらには、5束×5束×20本のリッツ線において理想的な低抵抗が得られていることから、撚り構造を安定させるためには、孫撚り線を撚り合わせて子撚り線とする、すなわち子撚り線を細分化することが有効であるといえる。 Furthermore, since ideal low resistance has been obtained in 5 bundles x 5 bundles x 20 litz wires, in order to stabilize the twisted structure, the strands of the grandchild twisted wires are twisted into a child twisted wire, That is, it can be said that it is effective to subdivide the strands.
しかし、7束以上の子撚り線を撚り合わせる均等分割撚り線は、均等性を保持するのが難しく、形状を保持するためには中心材が必要となる。そのため、リッツ線の外径が大きくなり、リッツ線コイルの大型化を招く。したがって、リッツ線11の撚り合わせ構造は、三段階の撚り合わせ構造を有し、一次撚り線112、二次撚り線111ともに6束以下として均等分割撚りすることが好ましい。また、安定した分割構造を形成する観点から、二次撚り線111の束数は、一次撚り線112の束数以上であることが好ましい。
However, it is difficult to maintain uniformity in a uniform split strand that twists seven or more bundles of strands, and a central member is required to maintain the shape. For this reason, the outer diameter of the litz wire is increased, leading to an increase in the size of the litz wire coil. Therefore, it is preferable that the twisted structure of the
図5は、異なる縮径率で二次撚り線を撚り合わせたリッツ線の交流抵抗を示す図である。素線径は0.1mm、撚り合わせ構造は6束×6束×14本、試料長は2mである。また、一次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は15%である。 FIG. 5 is a diagram showing AC resistance of a litz wire obtained by twisting secondary stranded wires with different diameter reduction ratios. The strand diameter is 0.1 mm, the twisted structure is 6 bundles × 6 bundles × 14, and the sample length is 2 m. Moreover, the diameter reduction rate when twisting a primary strand wire is 15%.
ここで、「縮径率」は、撚り合わせ後のリッツ線の断面積をS1(図2A参照)、撚り合わせ前のリッツ線の断面積をS2(図2B参照)としたとき、(S2−S1)/S2×100[%]で表される。縮径率は、撚り合わせる際の張力によって制御される。撚り合わせるときの張力が大きい程、中心の空隙が小さくなり、縮径率は大きくなる。なお、図2では、二次撚り線を撚り合わせるときの縮径率について示しているが、一次撚り線を撚り合わせるときの縮径率も同様である。 Here, the “diameter reduction ratio” is (S2−) when the cross-sectional area of the litz wire after twisting is S1 (see FIG. 2A) and the cross-sectional area of the litz wire before twisting is S2 (see FIG. 2B). S1) / S2 × 100 [%]. The diameter reduction rate is controlled by the tension at the time of twisting. The larger the tension at the time of twisting, the smaller the gap at the center and the larger the diameter reduction ratio. In addition, in FIG. 2, although shown about the diameter reduction rate when twisting a secondary strand wire, the diameter reduction rate when twisting a primary strand wire is the same.
図5中、「×」、「■」は縮径率を20%未満とした場合のリッツ線、「▲」は縮径率を20%とした場合のリッツ線、「●」は縮径率を30%とした場合のリッツ線についての結果を示す。縮径率が20%未満のリッツ線(×印及び■印)は、全体的に緩んで均等分割構造が崩れた状態となっていた。これに対して、縮径率が20%のリッツ線(▲印)及び30%のリッツ線(●印)は、均等分割構造が保持されていた。また、縮径率が20%のリッツ線(▲印)及び30%のリッツ線(●印)では、均等分割されたそれぞれの分割領域における素線間距離がいずれも3〜15μmであった。 In FIG. 5, “×” and “■” are litz wires when the reduction ratio is less than 20%, “▲” is litz wire when the reduction ratio is 20%, and “●” is the reduction ratio. The result about the litz wire in the case of 30% is shown. The litz wire (× mark and ■ mark) having a diameter reduction rate of less than 20% was loosened as a whole and the uniformly divided structure was broken. On the other hand, the litz wire (▲ mark) with a diameter reduction rate of 20% and the litz wire (● mark) with a diameter reduction rate of 20% maintained an equally divided structure. Moreover, in the litz wire (▲ mark) having a diameter reduction ratio of 20% and the litz wire (● mark) having a diameter reduction rate of 30%, the distance between the strands in each equally divided region was 3 to 15 μm.
これより、リッツ線11の断面において、それぞれの分割領域における素線間距離がいずれも15μm以下、好ましくは10μm以下となっている場合に、交流抵抗を低減することができる。リッツ線11の製造方法の視点からいえば、二次撚り線111を撚り合わせるときの縮径率を20%〜30%とすることにより、均等分割構造で、かつ分割領域における素線間距離を所望の範囲(3〜15μm)とすることができ、交流抵抗を低減することができる。
Thus, in the cross section of the
なお、一次撚り線112を撚り合わせるときの縮径率は、二次撚り線111がほぐれない程度に撚り構造が維持されればよいので、二次撚り線111を撚り合わせるときの縮径率よりも小さくてよい。例えば、二次撚り線111を撚り合わせるときの縮径率が20〜30%に設定される場合、一次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は10〜20%に設定される。
In addition, the diameter reduction rate when twisting the primary stranded
図6は、素線径の異なるリッツ線を用いて作製したリッツ線コイルの交流抵抗を示す図である。リッツ線コイルの外径は40cm、内径は20cm、巻数は32回である。また、リッツ線コイルを構成するリッツ線の素線数は同じである。図4中、「×」は素線径が0.18mmのリッツ線、「■」は素線径が0.16mmのリッツ線、「▲」は素線径が0.14mmのリッツ線、「●」は素線径が0.10mmのリッツ線を用いたリッツ線コイルについての結果を示す。 FIG. 6 is a diagram showing the AC resistance of a litz wire coil manufactured using litz wires having different wire diameters. The outer diameter of the litz wire coil is 40 cm, the inner diameter is 20 cm, and the number of turns is 32. Further, the number of litz wires constituting the litz wire coil is the same. In FIG. 4, “×” is a litz wire having a strand diameter of 0.18 mm, “■” is a litz wire having a strand diameter of 0.16 mm, “▲” is a litz wire having a strand diameter of 0.14 mm, “ "" Indicates the result for a litz wire coil using a litz wire having a strand diameter of 0.10 mm.
図6より、素線径が0.15mmを超える場合、100kHz以下でも急激な抵抗上昇が見られる。一方、素線径が0.05mm未満の場合、機械的強度が低すぎて取り扱いが困難となり、端子金具への接続も困難となる。また、線径が細くなる程、素線コストが著しく増大する。これより、リッツ線11の素線径は、0.05mm以上0.15mm以下であることが好ましい。
From FIG. 6, when the strand diameter exceeds 0.15 mm, a rapid increase in resistance is observed even at 100 kHz or less. On the other hand, when the wire diameter is less than 0.05 mm, the mechanical strength is too low to make it difficult to handle, and it is difficult to connect to the terminal fitting. In addition, the wire cost increases significantly as the wire diameter decreases. From this, it is preferable that the strand diameter of the
図7は、素線数の異なる集合線(撚り合わせのない一括平行集合線)の交流抵抗を示す図である。素線径は0.1mm、試料長は45cmである。図7中、「×」は素線数が500本の集合線、「■」は素線数が300本の集合線、「▲」は素線数が100本の集合線、「●」は素線数が30本の集合線についての結果を示す。なお、図7では、集合線の交流抵抗を、直流抵抗に対する比率(交流抵抗/直流抵抗)で示している。 FIG. 7 is a diagram showing the AC resistance of assembly wires with different numbers of strands (collective parallel assembly wires without twisting). The strand diameter is 0.1 mm and the sample length is 45 cm. In FIG. 7, “×” is an assembly line with 500 strands, “■” is an assembly line with 300 strands, “▲” is an assembly line with 100 strands, and “●” is The result about the assembly line with 30 strands is shown. In FIG. 7, the AC resistance of the collective line is shown as a ratio to the DC resistance (AC resistance / DC resistance).
撚り合わせのない平行集合線の場合、近接効果が顕著に現れる。図7は、平行集合線材についての結果であるが、リッツ線についても同様の結果になると考えてよい。図7より、150kHz以下で使用する場合、一束の素線数が300本以上になると、近接効果による交流抵抗の増大が著しく、実用性がなくなるほど高抵抗になる。150kHz以下における交流抵抗/直流抵抗が2以下である範囲を実用的な許容範囲と考えると、リッツ線11の一次撚り線112の撚り合わせ数は、180本以下であることが好ましく、より好ましくは100本以下である。なお、一次撚り線112の撚り合わせ数は、現実的には10本以上とされる。
In the case of a parallel assembly line without twisting, the proximity effect appears remarkably. Although FIG. 7 is a result about a parallel assembly wire, it may be considered that the same result is obtained for a litz wire. From FIG. 7, when used at 150 kHz or less, when the number of strands bundled is 300 or more, the AC resistance is significantly increased due to the proximity effect, and the resistance becomes higher as practicality is lost. When the range where the AC resistance / DC resistance at 150 kHz or less is 2 or less is considered as a practical allowable range, the number of twisted primary stranded
このように、リッツ線11は、複数本の素線113を撚り合わせてなる一次撚り線112(孫撚り線)を複数束撚り合わせて二次撚り線111(子撚り線)とし、さらに二次撚り線111を複数束撚り合わせた構成を有する。また、リッツ線11の断面は、複数束の二次撚り線111による均等分割構造を有し、それぞれの分割領域における素線間距離はいずれも3〜15μmである。
In this way, the
リッツ線11によれば、所望の機械的強度確保しつつ、表皮効果と近接効果による交流抵抗を効果的に低減することができる。したがって、電磁誘導型の非接触給電システムにおいて50〜150kHzの周波数帯で使用されるコイル用のリッツ線として極めて好適である。また、リッツ線11を適用したリッツ線コイル1は、安定した高い電気特性を有するので、非接触給電システムの用途として好適である。
According to the
このようなリッツ線11は、以下の工程により製造することができる。すなわち、リッツ線11の製造方法は、複数本の素線113を撚り合わせる第1工程と、第1工程で得られる複数束の一次撚り線112を同一円周上に配置して撚り合わせる第2工程と、第2工程で得られる複数束の二次撚り線111を同一円周上に配置して撚り合わせる第3工程と、を備え、第3工程における縮径率は第2工程における縮径率よりも大きく設定される。
Such a
[実施例1]
実施例1では、56本の素線を撚り合わせてなる一次撚り線を均等に3束撚り合わせて二次撚り線とし、さらにこの二次撚り線を5束均等に撚り合わせてリッツ線を作製した(総素線数840本)。素線径は0.1mmとし、一次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は20%、二次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は30%とした。実施例1に係るリッツ線における素線間距離は5μmであった。
[Example 1]
In Example 1, three bundles of primary stranded wires formed by twisting 56 strands are uniformly twisted to form a secondary stranded wire, and five bundles of this secondary stranded wire are evenly twisted to produce a litz wire. (Total number of wires 840). The strand diameter was 0.1 mm, the diameter reduction rate when twisting the primary stranded wire was 20%, and the diameter reduction rate when twisting the secondary stranded wire was 30%. The distance between the strands in the litz wire according to Example 1 was 5 μm.
[実施例2]
実施例2では、14本の素線を撚り合わせてなる一次撚り線を均等に6束撚り合わせて二次撚り線とし、さらにこの二次撚り線を6束均等に撚り合わせてリッツ線を作製した(総素線数504本)。素線径は0.1mmとし、一次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は20%、二次撚り線を撚り合わせるときの縮径率は30%とした。実施例2に係るリッツ線における素線間距離は10μmであった。
[Example 2]
In Example 2, six bundles of primary stranded wires formed by twisting 14 strands are uniformly twisted to form a secondary stranded wire, and six bundles of this secondary stranded wire are twisted equally to produce a litz wire. (Total number of wires 504). The strand diameter was 0.1 mm, the diameter reduction rate when twisting the primary stranded wire was 20%, and the diameter reduction rate when twisting the secondary stranded wire was 30%. The distance between the strands in the litz wire according to Example 2 was 10 μm.
[比較例]
比較例では、120本の素線を撚り合わせてなる一次撚り線を7束(中心1束、周囲6束)撚り合わせてリッツ線を作製した(総素線数840本)。素線径は0.1mmとし、撚り合わせるときの縮径率は0%とした。
[Comparative example]
In the comparative example, 7 bundles (1 bundle at the center and 6 bundles around the periphery) of the primary strands formed by twisting 120 strands were twisted to produce a litz wire (total number of strands: 840). The strand diameter was 0.1 mm, and the reduction ratio when twisted was 0%.
[比較結果]
図8は、実施例1、2及び比較例に係るリッツ線の交流抵抗を示す図である。試料長は2mである。図8に示すように、80kHzにおける交流抵抗で比較すると、実施例1のリッツ線の交流抵抗は、比較例のリッツ線の交流抵抗のほぼ50%であり、格段に低減された。また、実施例1のリッツ線の80kHzにおける抵抗上昇率は、直流抵抗(5.3mΩ)を基準とすると26%であり、非常に小さいといえる。比較例のリッツ線は、均等分割構造ではないため、交流抵抗は高くなったと考えられる。
[Comparison result]
FIG. 8 is a diagram illustrating AC resistance of litz wires according to Examples 1 and 2 and a comparative example. The sample length is 2 m. As shown in FIG. 8, when compared with the AC resistance at 80 kHz, the AC resistance of the litz wire of Example 1 was almost 50% of the AC resistance of the litz wire of the comparative example, which was significantly reduced. Further, the rate of increase in resistance of the litz wire of Example 1 at 80 kHz is 26% based on the DC resistance (5.3 mΩ), which can be said to be very small. Since the Litz wire of the comparative example does not have an equally divided structure, the AC resistance is considered to be high.
実施例2のリッツ線の80kHzにおける抵抗上昇率は、直流抵抗(9.0mΩ)を基準にすると約10%であり、実施例1と同様、非常に小さいといえる。実施例2のリッツ線は、実施例1のリッツ線よりも導体断面積が小さいので交流抵抗は大きいが、周波数に対する抵抗上昇率は実施例1のリッツ線よりも小さくなった。なお、実施例2に対する比較例については示していないが、実施例1と比較例の比較結果と同様のことがいえる。すなわち、導体断面積(素線数)が同じであれば、均等分割構造を有するリッツ線の交流抵抗は、均等分割構造を有しないリッツ線の交流抵抗よりも小さくなる。 The rate of increase in resistance of the litz wire of Example 2 at 80 kHz is about 10% based on the DC resistance (9.0 mΩ), which can be said to be very small as in Example 1. The Litz wire of Example 2 has a smaller conductor cross-sectional area than the Litz wire of Example 1, so that the AC resistance is large, but the rate of increase in resistance with respect to frequency is smaller than that of the Litz wire of Example 1. In addition, although the comparative example with respect to Example 2 is not shown, it can be said that it is the same as the comparison result of Example 1 and a comparative example. That is, if the conductor cross-sectional area (number of strands) is the same, the AC resistance of the litz wire having the equally divided structure is smaller than the AC resistance of the litz wire not having the equally divided structure.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist thereof.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 リッツ線コイル
11 リッツ線(親撚り線)
111 二次撚り線(子撚り線)
112 一次撚り線(孫撚り線)
113 素線
1
111 Secondary stranded wire (child stranded wire)
112 Primary stranded wire (Sun stranded wire)
113 Wire
Claims (6)
複数本の素線を撚り合わせてなる一次撚り線を複数束撚り合わせて二次撚り線とし、さらに前記二次撚り線を複数束撚り合わせた構成を有し、
断面が前記複数束の二次撚り線による均等分割構造を有し、
それぞれの分割領域における素線間距離がいずれも3〜15μmであることを特徴とするリッツ線。 A litz wire for a high frequency non-contact power supply coil used in a frequency band of 50 to 150 kHz,
A plurality of primary stranded wires formed by twisting a plurality of strands are twisted into a plurality of bundles to form a secondary stranded wire, and further, a plurality of bundles of the secondary stranded wires are twisted together,
The cross-section has an evenly divided structure with a plurality of bundles of secondary stranded wires,
A litz wire characterized in that the distance between the strands in each divided region is 3 to 15 μm.
前記一次撚り線に含まれる素線の本数が10〜180本であり、
前記一次撚り線及び前記二次撚り線の束数がそれぞれ3〜6束であることを特徴とする請求項1に記載のリッツ線。 The outer diameter of the strand is 0.05 to 0.15 mm;
The number of strands contained in the primary stranded wire is 10 to 180,
The litz wire according to claim 1, wherein the number of bundles of the primary stranded wire and the secondary stranded wire is 3 to 6 bundles, respectively.
前記二次撚り線の束数が前記一次撚り線の束数以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリッツ線。 The number of strands contained in the primary stranded wire is 10 to 100,
The number of bundles of the said secondary strand wire is more than the number of bundles of the said primary strand wire, The litz wire of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
前記第1の工程で得られる複数束の一次撚り線を同一円周上に配置して撚り合わせる第2工程と、
前記第2工程で得られる複数束の二次撚り線を同一円周上に配置して撚り合わせる第3工程と、を備え、
前記第3工程における縮径率が前記第2工程における縮径率よりも大きいことを特徴とするリッツ線の製造方法。 A first step of twisting a plurality of strands;
A second step of arranging and twisting a plurality of bundles of primary strands obtained in the first step on the same circumference;
A third step of arranging and twisting a plurality of bundles of secondary stranded wires obtained in the second step on the same circumference, and
A method of manufacturing a litz wire, wherein the diameter reduction rate in the third step is larger than the diameter reduction rate in the second step.
前記第3工程における縮径率が20〜30%であることを特徴とする請求項5に記載のリッツ線の製造方法。 The diameter reduction rate in the second step is 10 to 20%,
The method of manufacturing a litz wire according to claim 5, wherein the diameter reduction rate in the third step is 20 to 30%.
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