JP5121606B2

JP5121606B2 - 渦巻きコイル

Info

Publication number: JP5121606B2
Application number: JP2008178948A
Authority: JP
Inventors: 千里池田; 忠司鷹野; 明彦山岸; 義雄高; 和正丸山
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: JP2010020963A

Description

本発明は、渦巻きコイルに関し、さらに詳しくは、渦電流損が小さく、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる渦巻きコイルに関する。

従来、平角線の長辺同士が対面するように平角線を渦巻き状に巻回し且つ各ターン間に絶縁材を挟んだ誘導加熱コイルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線をボビンに巻回した電子部品が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−２８９０８０号公報（請求項１，７）特開２００２−１４１２３２号公報

上記従来の誘導加熱コイルでは、平角線を用いているため、渦電流損が大きい問題点があった。
他方、上記従来の電子部品では、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線を用いるため、渦電流損を小さく出来る。
両者を組み合わせると、渦電流損の小さな誘導加熱コイルとして、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線を渦巻き状に巻回した誘導加熱コイルが考えられる。
しかし、複数本の絶縁被覆銅線を断面平角形状に編んだ編組線は特殊部品であり、コスト高になる問題点がある。

一方、渦巻きコイルは、多くが誘導加熱に用いられるが、加熱対象の形状に適合したコイル外径が要求される。例えば、鍋の底面直径に適合したコイル外径が要求される。また、所望の加熱電力と駆動周波数の関係からインダクタンスつまり巻数も要求される。例えば、加熱電力５００Ｗ，駆動周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで、１００ターン〜２０ターンが要求される。すなわち、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を満足させる必要がある。一般に、コイル外径と線径から計算される最大巻数よりも要求される巻数が少ないため、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を満足させるには、各ターン間に空隙を設ける必要がある。
しかし、各ターン間に空隙があると、コイル形状を保持するのが難しくなる問題点がある。

そこで、本発明の目的は、渦電流損が小さく、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる渦巻きコイルを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、自己融着絶縁電線の素線を撚って構成されているリッツ線を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線が、各ターン間に絶縁材を挟んで、渦巻き状に巻かれ、且つ、前記素線同士および前記リッツ線編組線と前記絶縁材とが融着していることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第１の観点による渦巻きコイルでは、編組線を用いているため、渦電流損を小さくすることが出来る。
また、比較的安価に入手可能な管状の編組線を扁平に変形させて用いることが出来るため、コストを低減できる。
また、リッツ線の素線数を増減することにより編組の基本単位電線の外径を調整できるので、扁平管状の編組線の長辺／短辺のサイズを調整できる。また、各ターン間に絶縁材を挟んでいるが、この絶縁材の厚さを調整できる。これらにより、渦巻きコイルのコイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることが出来る。
さらに、素線同士およびリッツ線編組線と絶縁材とが融着しているため、良好なコイル形状保持性が得られる。

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、編組線断面の長辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第２の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の長辺同士が対面するように編組線を渦巻き状に巻くため、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。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による渦巻きコイルにおいて、前記長辺が巻き軸に対し傾斜して巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第３の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺が巻き軸（コイル面に垂直な軸）に対し傾斜して渦巻き状に巻くため、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。また、長辺同士が対面するように且つ長辺が巻き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。

第４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、編組線断面の短辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第４の観点による渦巻きコイルでは、編組線断面の短辺同士が対面するように編組線を渦巻き状に巻くため、長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減らすことが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点による渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材の少なくとも一対の対向面に熱融着材が付着されていることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第５の観点による渦巻きコイルでは、リッツ線編組線と絶縁材の融着を確実にすることが出来る。

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渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、軟磁性特性を有する材料製であることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第６の観点による渦巻きコイルでは、磁気抵抗を減らすことが出来る。また、インダクタンスが増加することによってＱが増加し、損失改善になる。

第７の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、プラスティック材に無機フィラーを混在させた材料製であることを特徴とする渦巻きコイルを提供する。
上記第７の観点による渦巻きコイルでは、絶縁材の熱伝導度を大きくすることが出来るので、温度均一性および放熱性改善になる。

本発明の渦巻きコイルによれば、渦電流損を減少でき、コストを低減でき、コイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることができ、さらに良好なコイル形状保持性が得られる。

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１０１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１０１は、自己融着絶縁電線の素線を撚って構成されているリッツ線を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線１０を、各ターン間に絶縁薄板２０を挟んで、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺を巻き軸に対し平行にして渦巻き状に巻き、素線同士およびリッツ線編組線１０と絶縁薄板２０とを熱融着させたものである。
コイル外径は例えば２８ｃｍであり、コイル内径は例えば４ｃｍであり、巻数は例えば４０ターンである。
リッツ線編組線１０の長辺の長さｗは例えば１０ｍｍであり、短辺の長さｔは例えば２．５ｍｍであり、絶縁薄板２０の厚さは例えば０．５ｍｍである。

図２に示すように、高周波電源Ｇから渦巻きコイル１０１に給電し、渦巻きコイル１０１の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。

図３は、リッツ線編組線１０の拡大断面図である。
リッツ線編組線１０は、例えば外径０．５ｍｍのリッツ線２を４８本、１周編みピッチ４０ｍｍで外径８ｍｍの円管状に編組し、扁平に変形加工したものである。
なお、図は模式図である（例えばリッツ線２の本数は実数通りに図示したものではない）。

図４は、リッツ線２の拡大斜視図である。
リッツ線２は、例えば線径０．１ｍｍの自己融着絶縁電線１を１９本、撚りピッチ２０ｍｍで撚ったものである。

絶縁薄板２０は、プラスチック材（例えばポリエチレン）に軟磁性粉（例えば軟磁性フェライト粉）や無機フィラー（例えばシリカ，アルミナ，窒化硼素）を混入したテープ状物の両面に熱融着材（例えば、ポリビニールブチラールとフェルール樹脂の約１３：４の混合体をアルコール系溶剤で溶融したもの）を塗布した物である。

実施例１の渦巻きコイル１０１によれば次の効果が得られる。
（１）リッツ線編組線１０を用いているため、渦電流損を小さくすることが出来る。
（２）比較的安価に入手可能な円管状のリッツ線編組線を扁平に変形させて用いるため、コストを低減できる。
（３）リッツ線２の自己融着絶縁電線１の数を増減することにより編組の基本単位電線となるリッツ線外径を調整できるので、扁平管状のリッツ線編組線１０の長辺の長さｗ／短辺の長さｔを調整できる。また、各ターン間に挟んでいる絶縁薄板２０の厚さを調整できる。これらにより、渦巻きコイル１０１のコイル外径の要求と巻数の要求の両方を容易に満足させることが出来る。
（４）リッツ線２の自己融着絶縁電線１同士およびリッツ線編組線１０と絶縁薄板２０とが融着しているため、良好なコイル形状保持性が得られる。

（５）編組線断面の長辺同士が対面するようにリッツ線編組線１０を渦巻き状に巻くため、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。

（６）リッツ線編組線１０と当接する絶縁薄板２０の面に熱融着材が付着されているため、リッツ線編組線１０と絶縁薄板２０の融着を確実にすることが出来る。

（７）絶縁薄板２０は、軟磁性特性を有するため、磁気抵抗を減らすことが出来る。また、インダクタンスが増加することによってＱが増加し、損失改善になる。

（８）絶縁薄板２０は、混在する無機フィラーにより熱伝導度が大きくなっているため、コイル全面での温度均一性および放熱性が改善される。

図５は、実施例２に係る渦巻きコイル１０２を示す上面図である。図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル１０２は、リッツ線２を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線１０を、各ターン間に絶縁薄板２０を挟んで、編組線断面の長辺同士が対面するように且つ長辺を巻き軸に対し傾斜させて渦巻き状に巻き、自己融着絶縁電線１同士およびリッツ線編組線１０と絶縁薄板２０とを熱融着させたものである。

図６に示すように、高周波電源Ｇから渦巻きコイル１０２に給電し、渦巻きコイル１０２の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。

実施例２の渦巻きコイル１０２によれば実施例１の渦巻きコイル１０１と同様の効果が得られる。但し、リッツ線編組線１０の長辺が巻き軸に対し傾斜して渦巻き状に巻くため、実施例１の渦巻きコイル１０１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。

図７は、実施例３に係る渦巻きコイル１０３を示す上面図である。図８は、図７のＡ−Ａ’断面図である。
この渦巻きコイル１０３は、リッツ線２を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線１０を、各ターン間に絶縁薄板３０を挟んで、編組線断面の短辺同士が対面するように渦巻き状に巻き、自己融着絶縁電線１同士およびリッツ線編組線１０と絶縁薄板３０とを熱融着させたものである。

図８に示すように、高周波電源Ｇから渦巻きコイル１０３に給電し、渦巻きコイル１０３の上面直上に置かれた鍋などを誘導加熱する。

実施例３の渦巻きコイル１０３によれば実施例１の渦巻きコイル１０１と同様の効果が得られる。但し、リッツ線編組線１０の短辺同士が対面するように渦巻き状に巻くため、実施例１の渦巻きコイル１０１や実施例２の渦巻きコイル１０２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。

本発明の渦巻きコイルは、高周波回路において好適に使用できる。具体例としては、電力伝送電気回路や電源回路における空芯または有磁心のコイルやトランス、インダクター，ＩＨヒーターコイルやモーターなどに利用することが出来る。

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。扁平管状のリッツ線編組線を示す断面図である。リッツ線を示す斜視図である。実施例２に係る渦巻きコイルを示す上面図である。図５のＡ−Ａ’断面図である。実施例３に係る渦巻きコイルを示す上面図である。図７のＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１自己融着絶縁電線
２リッツ線
１０リッツ線編組線
２０絶縁薄板
１０１，１０２，１０３渦巻きコイル

Claims

自己融着絶縁電線の素線を撚って構成されているリッツ線を編組の基本単位電線とする扁平管状のリッツ線編組線が、各ターン間に絶縁材を挟んで、渦巻き状に巻かれ、且つ、前記素線同士および前記リッツ線編組線と前記絶縁材とが融着していることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項１に記載の渦巻きコイルにおいて、編組線断面の長辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項２に記載の渦巻きコイルにおいて、前記長辺が巻き軸に対し傾斜して巻かれていることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項１に記載の渦巻きコイルにおいて、編組線断面の短辺同士が対面するように前記扁平管状のリッツ線編組線が渦巻き状に巻かれていることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材の少なくとも一対の対向面に熱融着材が付着されていることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、軟磁性特性を有する材料製であることを特徴とする渦巻きコイル。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の渦巻きコイルにおいて、前記絶縁材は、プラスティック材に無機フィラーを混在させた材料製であることを特徴とする渦巻きコイル。