JP4885907B2

JP4885907B2 - リッツ線コイル

Info

Publication number: JP4885907B2
Application number: JP2008136625A
Authority: JP
Inventors: 正弘永井; 志朗長谷川
Original assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: JP2009283397A

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式を採用している発熱機器等で用いられるリッツ線コイルに関する。

従来から、電磁誘導加熱方式を採用している発熱機器等で用いられるリッツ線コイルは、高周波での使用が要求されていることから、表皮効果を減らすためにリッツ線の素線径を細くし束数を多くして、一定の横断面積の中で有効な導体横断面積が占める割合を表す占積率を高くする。この高周波方式の誘導加熱コイルに適用されるリッツ線コイルの占積率を高くするために、リッツ線を第１の加圧ローラによって平角状に１次圧延し、この１次圧延されたリッツ線に対してコイル巻きできる最小限の張力を付与すると共に、第２の加圧ローラで圧接して２次圧延した状態でコイル巻形状に加工して巻回体を形成する誘導加熱コイルの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

なお、占積率はできるだけ高い方が好ましいが、プレス成型による過度のプレスはリッツ線の絶縁素線にダメージを与える虞があり、特に、コイル巻形状に巻回されている相隣接するリッツ線間（所謂、コイル層間）において電気的接触があると、電圧の電位差が生じているのでレアショート（層間短絡）することになる。

このようなリッツ線に使用される絶縁素線のプレスによるダメージは、絶縁素線の絶縁皮膜を厚くしたり、プレス成型による成型圧力条件を控えめに設定したりすることで、低減させることが可能になる。

特開２０００−２１５９７２号公報

しかしながら、リッツ線に使用される絶縁素線のプレス圧力によるダメージを低減するために、絶縁素線の絶縁皮膜を厚くすると、絶縁材料を多く使用することでリッツ線の製造コストを上げることになり、また、リッツ線コイルを収納するスペースが同一体積の場合には導体横断面積が減少して導体損失が増えてしまう難点があった。

また、リッツ線に使用される絶縁素線のプレスによるダメージを低減するために、プレス成型による成型圧力条件を控えめに設定すると、目標とする高占積率を達成することが困難になり、また、プレス圧力不足によりリッツ線が容易にばらけてしまう難点があった。

本発明は、このような従来の難点を解決するためになされたもので、レアショートの発生を低減させると共に占積率を向上させることができるリッツ線コイルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明の第１の態様であるリッツ線コイルは、導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、第１の加圧ローラで圧接して、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、第２の加圧ローラで圧接して、並列巻きで巻回してコイル状に成型して形成され、高周波方式の誘導加熱コイルに適用されるリッツ線コイルであって、リッツ線が複数層に積層された１本のコイル線の内層は、リッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜が、両端に位置する外層のリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成され、外層のリッツ線の絶縁皮膜は、外層のリッツ線の絶縁素線に対する第１の加圧ローラ及び第２の加圧ローラのプレス圧力によるダメージを低減させ、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させる厚みで形成されているものである。

また、上述の目的を達成する本発明の第２の態様であるリッツ線コイルは、導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、第１の加圧ローラで圧接して、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、第２の加圧ローラで圧接して、並列巻きで巻回してコイル状に成型し、さらにプレス金型で所定形状にプレス成型して形成され、高周波方式の誘導加熱コイルに適用されるリッツ線コイルであって、リッツ線が複数層に積層された１本のコイル線の内層は、リッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜が、両端に位置する外層のリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成され、外層のリッツ線の絶縁皮膜は、外層のリッツ線の絶縁素線に対する第１の加圧ローラ、第２の加圧ローラ及びプレス金型のプレス圧力によるダメージを低減させ、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させる厚みで形成されているものである。

このような第１の態様及び第２の態様であるリッツ線コイルによれば、コイル巻形状に巻回されている１本のコイル線が複数層のリッツ線で形成され、このコイル線の内層となるリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜が、両端に位置する外層となるリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成されているので、リッツ線の絶縁素線のプレス圧力によるダメージを低減するために絶縁皮膜を厚くした絶縁素線のみを使用するコイル線より占積率を高くすることができ、而も両端に位置するリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜がプレス圧力によるダメージを低減する厚みで形成されているので、目標とする高占積率を達成可能なプレス圧力でコイル線を並列巻きで巻回してコイル状に成型しても、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させることができる。

本発明の第３の態様は第１の態様であるリッツ線コイルにおいて、１本のコイル線の内層が複数層の場合には少なくとも１層の絶縁素線の皮絶縁膜が、外層の前記リッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成されているものである。このような第３の態様であるリッツ線コイルによれば、内層が複数層で形成されていても、第１の態様及び第２の態様であるリッツ線コイルと同様の作用、効果を得ることができる。

本発明の第４の態様は第１の態様又は第３の態様であるリッツ線コイルにおいて、絶縁素線の絶縁皮膜が外層の絶縁素線の絶縁皮膜より薄い内層は、外層より並列方向において横断面形状の幅方向が大きく形成されているものである。このような第４の態様であるリッツ線コイルによれば、コイル線の外層より内層の方が、横断面積が大きくなるので、占積率をより向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、図面を参照して説明する。本明細書の全体を通じて同一要素には同一参照番号を付す。

本発明のリッツ線コイルは高周波方式の誘導加熱コイルに好適で、例えば図１（A）に示すように、導体（裸線）外径が同一の絶縁素線を多数撚り合わせたリッツ線が、隙間なく重ね巻きが可能な形状で３層１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに積層された１本のコイル線１０を、並列巻きで巻回してコイル状に成型して形成されているものである。なお、コイル線１０のリッツ線１１A、１１B、１１Cは両端に位置するリッツ線１１Ａ、１１Ｃを外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃ、内側に位置するリッツ線１１Ｂを内層リッツ線１１Ｂと称する。また、コイル線１０の１巻き目を並列１巻目、２巻き目を並列２巻目と称する。

コイル線１０を形成する内層リッツ線１１Ｂは図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａが、外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａより薄く形成されている。この外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａの厚さは、絶縁素線のプレス圧力によるダメージを低減できるような厚さである。この絶縁素線１１１、１１２は、一般的には、銅線などの導体上に、ポリエステル樹脂やポリウレタン樹脂などの絶縁塗料の塗布焼付層である絶縁皮膜が被覆されたエナメル線が利用されている。例えば、ＪＩＳ規格で規定された１種エナメル線を外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃに使用し、２種エナメル線を内層リッツ線１１Ｂに使用するとよい。導体径が０．２０ｍｍの場合、１種エナメル線は最小皮膜厚さが０．０１２ｍｍとなり、２種エナメル線は最小皮膜厚さが０．００８ｍｍとなるので、絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａを、外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａより薄く形成することができる。

このように構成させるリッツ線コイル１の製造方法は、例えばリッツ線１１A、１１B、１１Cを隙間なく重ね巻きが可能な形状に第１の加圧ローラ（図示せず。）で圧接して、絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａ及び絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａが破れることのない加圧力で１次圧延する。この１次圧延されたリッツ線１１A、１１B、１１Cを巻線加工装置（図示せず。）でコイル巻できる最小限の張力を付与すると共に、巻線加工装置によるコイル巻の際、第２の加圧ローラで圧接した状態でコイル巻形状に加工して巻回体を形成する。

巻線加工装置は、巻回体の形状を円形に形成するには、例えば本出願人が出願した特開２０００−２１５９７２号公報に開示した誘導加熱コイルの製造方法が好適で、巻回体の形状を長方形や長円形に形成するには、例えば本出願人が出願した特開２００３−１６８６１８号公報に開示した電気コイルの巻線加工装置が好適である。

このように構成される本発明のリッツ線コイル１は、コイル線１０の外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａが破れると、相隣接するコイル線間、即ち、並列１巻目と並列２巻目でレアショートが発生することになるので、外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａの裂傷については厳密に規定しなければならない。一方、１本のコイル線１０の内層リッツ線１１Ｂに使用される絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａが破れて導体同士が接触しても電圧の電位差は生じないので、ショートすることはない。したがって、内層リッツ線１１Ｂの絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａを、外層リッツ線１１Ａ、１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａより薄く形成しても、相隣接するコイル線間における絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａのプレス圧力によるダメージを低減でき、而も絶縁皮膜を厚くした絶縁素線のみを使用するコイル線よりもコイル収納スペースを小さくすることができる。

また、コイル収納スペースが同一で電気特性の異なるリッツ線が必要とされる場合においても、絶縁皮膜の薄い絶縁素線から成る内層リッツ線と、絶縁皮膜の熱い絶縁素線から成る外層リッツ線との割合を変更するだけでよいので、占積率を合せる調整が容易になる。即ち、コイル収納スペースが同一スペースに限定されている場合、絶縁皮膜の薄い絶縁素線から成る内層リッツ線の割合を絶縁皮膜の厚い絶縁素線から成る外層リッツ線の割合より大きくして導体横断面積を増やすことができるので、電流量の増加等、電気特性の向上を図ることができる。

例えば、内層リッツ線が複数層の場合には、少なくとも１層の絶縁素線の絶縁皮膜を、外層リッツ線の絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成させる。この場合、複数層の内層リッツ線のすべての絶縁素線の絶縁皮膜が外層リッツ線の絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成されている場合には、複数層の内層リッツ線のうち１層の絶縁素線の絶縁皮膜が外層リッツ線の絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成されている場合よりも占積率を向上させることができる。

また、図２に示すように、絶縁素線の絶縁皮膜が外層の絶縁素線の絶縁皮膜より薄い内層リッツ線２１Ｂは、両端に位置する外層リッツ線２１Ａ、２１Ｃより並列方向において横断面形状の幅方向を大きく形成させる。このようにリッツ線コイル２を構成することで、絶縁素線の絶縁皮膜が厚い外層リッツ線２１Ａ、２１Ｃより絶縁素線の絶縁皮膜が薄い内層リッツ線２１Ｂの方が、横断面積が大きくなるので、占積率をより向上させることができる。

このように、コイル巻形状に巻回されている１本のコイル線１０を３層のリッツ線１１A、１１B、１１Cで形成し、このコイル線１０の内層リッツ線１１Ｂの絶縁素線１１１の絶縁皮膜１１１ａを、外層リッツ線１１Ａ，１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａより薄く形成することで、リッツ線の絶縁素線のプレス圧力によるダメージを低減するために絶縁皮膜を厚くした絶縁素線のみを使用するコイル線より占積率を高くすることができる。さらに、外層リッツ線１１Ａ，１１Ｃの絶縁素線１１２の絶縁皮膜１１２ａがプレス圧力によるダメージを低減する厚みで形成されているので、リッツ線が容易にばらけてしまうことを防ぐと共に目標とする高占積率を達成可能なプレス圧力でコイル線１０を並列巻きで巻回してコイル状に成型しても、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させることができる。

なお、上述した実施例においては、導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、並列巻きで巻回してコイル状に成型して形成されているリッツ線コイルであったが、これに限らず、導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、並列巻きで巻回してコイル状に成型し、さらに所定形状にプレス成型して形成されているリッツ線コイルであってもよい。

このように、プレス金型で所定形状にプレス成型しても、コイル線の両端に位置する外層のリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜の厚さが、そのプレス金型のプレス圧力によるダメージを低減できる厚さで形成されていれば、リッツ線の絶縁素線のプレス圧力によるダメージを低減するために絶縁皮膜を厚くした絶縁素線のみを使用するコイル線より占積率を高くすることができ、而も両端に位置するリッツ線に使用される絶縁素線の絶縁皮膜がプレス圧力によるダメージを低減する厚みで形成されているので、目標とする高占積率を達成可能なプレス圧力でコイル線を並列巻きで巻回してコイル状に成型しても、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本発明のリッツ線コイルにおける好ましい実施の形態例を示す図で、（Ａ）は同コイルの巻線状態の断面斜視図、（Ｂ）は同コイルのリッツ線を拡大した断面斜視図、（Ｃ）は絶縁皮膜の厚い絶縁素線の断面図、（Ｄ）は絶縁皮膜の薄い絶縁素線の断面図である。本発明のリッツ線コイルにおける他の実施の形態例で、同コイルの巻線状態の断面斜視図である。

符号の説明

１……リッツ線コイル
１０……コイル線
１１Ａ、１１Ｃ……外層リッツ線
１１１……絶縁素線
１１１ａ……絶縁皮膜
１１１ｂ……導体
１１Ｂ……内層リッツ線
１１２……絶縁素線
１１２ａ……絶縁皮膜
１１２ｂ……導体

２……リッツ線コイル
２０……コイル線
２１Ａ、２１Ｃ……外層リッツ線
２１Ｂ……内層リッツ線

Claims

導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、第１の加圧ローラで圧接して、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、第２の加圧ローラで圧接して、並列巻きで巻回してコイル状に成型して形成され、高周波方式の誘導加熱コイルに適用されるリッツ線コイルであって、
前記リッツ線が複数層に積層された前記１本のコイル線の内層は、前記リッツ線に使用される前記絶縁素線の絶縁皮膜が、両端に位置する外層の前記リッツ線に使用される前記絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成され、
前記外層の前記リッツ線の前記絶縁皮膜は、前記外層の前記リッツ線の前記絶縁素線に対する前記第１の加圧ローラ及び前記第２の加圧ローラのプレス圧力によるダメージを低減させ、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させる厚みで形成されていることを特徴とするリッツ線コイル。
前記１本のコイル線の前記内層が複数層の場合には少なくとも１層の前記絶縁素線の前記絶縁皮膜が、前記外層の前記リッツ線に使用される前記絶縁素線の前記絶縁皮膜より薄く形成されていることを特徴とする請求項１記載のリッツ線コイル。
前記絶縁素線の前記絶縁皮膜が前記外層の前記絶縁素線の前記絶縁皮膜より薄い前記内層は、前記外層より並列方向において横断面形状の幅方向が大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリッツ線コイル。
導体外径が同一の絶縁素線を多数撚り合せたリッツ線が、第１の加圧ローラで圧接して、隙間なく重ね巻きが可能な形状で複数層に積層された１本のコイル線を、第２の加圧ローラで圧接して、並列巻きで巻回してコイル状に成型し、さらにプレス金型で所定形状にプレス成型して形成され、高周波方式の誘導加熱コイルに適用されるリッツ線コイルであって、
前記リッツ線が複数層に積層された前記１本のコイル線の内層は、前記リッツ線に使用される前記絶縁素線の絶縁皮膜が、両端に位置する外層の前記リッツ線に使用される前記絶縁素線の絶縁皮膜より薄く形成され、
前記外層の前記リッツ線の前記絶縁皮膜は、前記外層の前記リッツ線の前記絶縁素線に対する前記第１の加圧ローラ、前記第２の加圧ローラ及び前記プレス金型のプレス圧力によるダメージを低減させ、相隣接するコイル線間におけるレアショートの発生を低減させる厚みで形成されていることを特徴とするリッツ線コイル。