JPH07263260A - ヘリカル誘導コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】限られたサイズの誘導コイルで高電流及び高周
波が得られるヘリカル誘導コイル及びその製造方法を提
供する。 【構成】高周波及び高電力の変圧器接続用のヘリカル誘
導コイルは折り線で互いに取り付けられた部分的コイル
ターンを金属シートから切断することによって形成され
る。その幅／厚さ比は１０よりも大きい比を有する。切
断後、ブランクは、部分的コイルターンが互いに部分的
に重複して螺旋を形成するように折り畳まれる。このと
き、螺旋部の各々は母材金属の折り目によって互いに取
り付けられる。螺旋部は好ましくは完成したときに円形
コイルとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電体（コンダクタ）が
１０よりも大きい幅／厚さ比を有するヘリカル誘導コイ
ル及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波導電体はその表面に近い部分に主
電流を流す。小さな装置が要求される場合は、薄型の導
電体が要求される。さらに、高電流はその表皮に近い領
域に十分な導電領域が必要とされる。このような条件を
満たすものとして、１０よりもはるかに大きな幅／厚さ
比を有する誘導構造のヘリカルコイルが使用されてい
る。薄型かつ幅広いヘリカル導電体が高周波と高電流と
を処理するために要求される。高周波は表皮効果による
不必要な材料を除去するために、０．００６インチ程度
の厚さの導電体が必要とされる。高電流に対する必要性
により、厚さよりも幅が１０倍よりもはるかに大きい導
電体が必要とされる。ヘリカル誘導コイルを製造するた
めのいくつかの異なる方法が存在する。固体カンからコ
イルを機械加工することにより、０．０２０インチの厚
さ程度のコイルが得られるが、このような機械加工に要
する労力は非常に大きい。このようなコイルを金属加工
する工程では、金属をヘリカル導電体に加工するために
テーパころを使用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧延機
内にゆるみがある場合は、径と厚さの異なるヘリカルコ
イルができてしまう。また、アスペクト比（幅対厚さ）
が１乃至１０よりも大きい場合は金属は外径が薄くなる
ように圧延されるか、あるいは螺旋の内径においてしわ
ができてしまう。圧延工程は一定の機械調整を要するの
で、相当数の熟練者が必要である。一定の機械調整はコ
イルごとに大きく異なる製品ができてしまい、結果的
に、製造コストが大きくなってしまう。高いアスペクト
比のヘリカル誘導コイルを製造する他の方法は、円形状
ストリップの導電体をいくつか切り取った後、それらを
溶接してヘリックスを形成することである。しかしなが
ら、この方法も重労働である。

【０００４】本発明のヘリカル誘導コイル及びその製造
方法はこのような課題に着目してなされたものであり、
その目的とするところは、限られたサイズの誘導コイル
で高電流及び高周波が得られるように、１０よりもはる
かに大きいアスペクト比を有するヘリカル誘導コイルを
提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、複数の弓状部がいく
つかのターンコイルを形成できるように、母材の折り線
で結合される弓状要素から形成されたヘリカル誘導コイ
ルを提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、折り線に沿って結合
された要素を維持しつつ、電気的導電材からなる薄型シ
ートから弓状コイル要素を切り取り、コイル要素を折り
たたむことによって円形コイルを形成する工程によっ
て、高いアクペクト比のコイルを製造する方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明は、ヘリカル誘導コイルであっ
て、第１の部分的ターンと、第１の折り目で前記第１の
部分的ターンに取り付けられた第２の部分的ターンと、
第２の折り目で前記第２の部分的ターンに取り付けられ
た第３の部分的ターンと、最後の折り目で前記ヘリカル
誘導コイルに取り付けられた最後の部分的ターンとを具
備し、前記第１乃至最後の部分的ターンは、１乃至１０
よりも大きい幅／厚さ比を有する屈曲可能な金属からで
きており、前記第１乃至最後の部分的ターンは、ヘリカ
ル誘導コイルを形成すべく、個々に互いに重複してい
る。

【０００８】また、本発明は、ヘリカル誘導コイルを形
成するためのブランクであって、各々が同一の平面に設
けられ、かつ、金属シートからなる同一のシートで形成
されている複数の部分的コイルを具備し、前記複数の部
分的コイルの各々は、折り線に関して隣接する部分的コ
イルに取り付けられ、前記折り線は、前記ブランクが前
記折り線に関して折り畳まれたとき、前記第１乃至最後
の部分的コイルが互いに部分的に重複してヘリカルコイ
ルを形成し、前記第１乃至最後の部分的コイルの各々が
厚さの１０倍よりも大きい幅を有している。

【０００９】また、本発明は、ヘリカル誘導コイルの製
造方法であって、各々のコイルターンが１０よりも大き
い幅／厚さ比を有するように、折り線に沿って互いに取
り付けられた複数の部分的コイルターンを、シート金属
から切断する工程と、前記複数の部分的コイルターンが
互いに部分的に重複してヘリカル誘導コイルを形成する
ように、前記複数の部分的コイルターンを互いに折り畳
む工程とを具備する。

【００１０】

【実施例】まず、本実施例の概略を説明する。本実施例
では、ヘリカル誘導コイル及びその製造方法について述
べる。まず、薄型シートの導電体がコイルとして用意さ
れる。スタンピングあるいは切断して複数の弓形のコイ
ル要素を形成する。次に、コイルの中央部からの線に直
角な折り線に関して互いに結合される。シートが折り線
で折られたときにコイルが形成される。弓形コイル部は
１８０度程度である。コイルは折り目で重複して母材と
結合される。

【００１１】以下に図面を参照して本発明の実施例を説
明する。本発明のヘリカル誘導コイルを使用する一実施
例の構造として、図１は、バッテリ駆動の自動車におい
てバッテリのチャージ用にパワーを供給する構造として
特に好適する分離可能な誘導性チャージ結合器１０を示
す図である。現代の傾向として、電気的に駆動される自
動車が増加しているが、このような電気的に駆動される
自動車は充電可能なバッテリを有している。バッテリの
パワーは自動車を推進するほかに、他の必要なパワーを
提供するために使用される。自動車を他の目的にも使用
できるように、バッテリを周期的に充電する必要があ
る。比較的大きなバッテリ容量が使用されるので、実質
的に大きなパワー量を充電する必要がある。

【００１２】チャージ位置と、電気の直接的移動を必要
としない自動車との間の結合を行なうことが望ましい。
磁気的結合が望ましい。誘導性チャージ結合は変圧器の
第１次側であり、適当な磁性導電体を含んでいる。誘導
性チャージリセプタクルユニットは残りの磁気コアとと
もに２次巻線を含んでいる。自動車における変圧器の第
２次側は適当な電気装置を介してチャージ用バッテリに
接続されている。その周波数は、小さな結合サイズを可
能にする好適な結合に対する通常のパワーラインの周波
数よりもはるかに大きく、高いチャージ率は１０ｋＷ以
上である。

【００１３】自動車においては、チャージ源をバッテリ
から分離することが必要であるが、本発明のヘリカル誘
導コイルの使用例に応じて、誘導性チャージ結合器１０
は誘導性である。変圧器第１次コイルはパワー源からパ
ワーを受けて、磁気結合を介して自動車の変圧器２次コ
イルへとパワーを供給すべく設計されている。２次コイ
ルは自動車バッテリに適宜接続されている。パワーサプ
ライ周波数は、変圧器パラメータを含む全パワーサプラ
イパラメータに関連して選択される。誘導性チャージ結
合器１２は、図１の自動車用誘導性チャージリセプタク
ル１４に接続されている。結合器１２はケーブル１６に
よって固定パワー源に接続されている。図１に示すケー
ブル１６は、電気ケーブルと、（必要に応じて）冷却剤
チューブと、制御信号回路とを備えている。図１に示す
ように、誘導性チャージ結合器１２は、手動で操作可能
な取っ手１８を有している。

【００１４】結合器１２は取っ手によって操作できるよ
うに、取っ手に取り付けられたパネル２０を有してい
る。パネル１０は、取っ手から延長する非磁性構造によ
って支持されており、パネルは１次巻線２２と、磁性回
路の一部として機能する磁性コア２４とを備えている。
この誘導性チャージ結合器１２は、取っ手１８によって
操作され、変圧器の１次側として機能するユニットであ
る。

【００１５】誘導性チャージリセプタクル１４は両用で
き、結合器を物理的に受けて磁気的に結合している。リ
セプタクル１４は、結合器上のパネルを受けるべくスロ
ットと、２次巻線と、磁性回路を構成するための磁気的
構造とを有している。図１において、リセプタクルの左
端部から開始して、磁性キャップ２６は、コア２４に対
して設けられたコア２８を有している。２次巻線３０
は、コアの周りに巻線２２に対して設けられている。２
次巻線３２は、１次巻線２２と磁性キャップ３４に対し
て設けられている。磁性回路は直接接触かつ係合してい
るキャップの各々に設けられた４つのフィンガによっ
て、コイルの側部の周りで構成されている。例えば、キ
ャップ２６のフィンガ３６はキャップ３４のフィンガ３
８と直接接触している。

【００１６】誘導性チャージリセプタクル１４は、内蔵
冷却を有するものとして示されている。図１に示すよう
に、冷却リング３７と冷却リング３９には冷却用チャネ
ルが存在する。冷却液は温度を制限するために供給され
る。

【００１７】１次巻線２２と２次巻線３０、３２は高周
波及び高電力巻線である。効率を良くするために、巻線
は平坦かつ幅広のコイルである。図２、４、６は、適当
な巻線を製造するためのブランクを示している。

【００１８】本実施例では円形コイルが開示されている
が、これに限定されず、誘導コイルは円形巻線以外のも
のからでも製造可能である。例えば、方形、長円形、ま
たは長方形巻線を使用して特定のコイル構成としてもよ
い。高周波では円形コイルが最も効率的であり、ここで
も好ましい実施例として開示されている。しかしなが
ら、“コイル”という術語は円形構成以外のものも含ま
れる。

【００１９】図２及び図３は巻線４０を各々示してお
り、図２はブランク構成であり、図３はブランクがほと
んど完全に折り畳まれて巻線となった状態を示してい
る。ブランク４２は、折り線に沿って結合された一群の
部分円によって形成されている。部分円４４、４６、４
８、５０、５２、５４は図２に示されている。部分円４
４、５４は各々リード６０、６２を有している。これら
の弓形の要素はここでは部分円、または半円と呼んでい
るが、他の実施例における長方形や正方形を含むものと
する。それらは辺が角に１８０度で対応していない。す
なわち、術語“半円”は円の半分というよりも円の一部
を示している。もちろん、図２では、部分円は、折り線
での２つの半円の重複を可能にすべく、半円対向アーク
を越えて延長する実質的な半円である。折り線６４、６
６、６８、７０、７２は図２に示されている。対向アー
クまたは部分円の合計は折り線に対する半径となる。す
なわち、折り線は部分円の設計半径に対して直交する線
である。図２では、１／２ターンの設計アークと、折り
線に垂直の半径線は互いに１８０度の角度を有する。

【００２０】ブランク４２は電気的に導電性の金属シー
トから切断するなどの適当な手段によって形成される。
それは０．００６インチの厚さの電気的銅である。部分
円アークの各々の径方向の幅は０．５００インチであ
り、１０よりもはるかに大きい幅／厚さ比をもってい
る。ブランクはスタンピング、ダイカッティング、レー
ザカッティング、または他の適当な方法でシートから切
断される。ブランクが製造された後、コイルは折り線で
ブランクを折り曲げることによって形成され、これによ
って、部分円がヘリカルコイルを形成すべく互いに重複
される。図３において、コイル巻線４０は完全な巻線と
なる種々の部分円を示すべく、部分的に展開される。リ
ード６０が図３のリード６２に隣接して設けられている
が、接続を考慮した場合は、リードは互いにハーフター
ンだけ離した方が望ましい。各部分円または半円は円の
中心から対応折り線の中心への対応アークを有してい
る。図２ではこのアークは１８０度である。しかしなが
ら、図４乃至図７の場合では、アークは１８０度以外の
角度である。

【００２１】半円の数と、折り目の位置は次の公式によ
って決定される。

【００２２】ｄ＝（Ｎ／Ａ）３６０ ｄ＝半円における角度の数 Ｎ＝螺旋を構成するのに要するターンの数 Ａ＝必要な半円の数（正数が望ましい） Ａ＝３６０／ｉ（Ａができるだけ小さくなるｉとする） ｉ＝任意の整数 半円が交差しないようにＮ／Ａは０．８３以下とする。

【００２３】結合リードがコイルの同じ側から延長して
いる場合は、 ｄＡ／３６０＝整数 コイル巻線４０に関してこの公式を用いると、図３に示
すように、 １８０＝（３／６）３６０ 図４に示すブランク７４は、シート銅などの巻線金属シ
ートから切断される。ブランク７４は各々折り線８４、
８６、８８によって結合された半円７６、７８、８０、
８２を有している。半円７６及び８２は外部との接続の
ために、各々リード９０、９２を有している。折り線は
２７０度離れている円半径に直交する。さらに、リード
９０の中心を介して延長している部分円７６の半径と、
折り線８４に対して直交する半径とは２７０度の角度で
ある。この関係はリード９２における折り線８８の位置
にも適用される。ブランク７４が折り畳まれたとき、図
５に示すように、３ターンコイル巻線９４が形成され
る。図５において、コイル巻線９４は、折り畳まれた層
が見えるようにわずかに開かれている。通常、この層は
互いに対応して設けられている。図４に示す巻線の一部
は図５にも示されている。巻線９４に関して、ｄ＝２７
０度であり、コイル９４は図３に示すものと同一の３タ
ーンコイルである。すなわち、次のようになる。

【００２４】２７０＝（３／４）３６０ 図３に示す螺旋に対する図５の螺旋の利点は、折り目が
互いの頭部には存在しないことであり、これによって、
折り目によって厚さが増大するのを減少させることがで
きる。

【００２５】図６は図７に示すように、ブランク９６か
ら折り畳まれた２０ターンコイル巻線９８を示してお
り、この場合、 ｄ＝３００ ｎ＝１０ Ａ＝１０／１２ この場合、ブランク材料は、図６に示すように、ブラン
クの半円を互いに隣接させることによって一定に保つこ
とができる。コイル巻線９８を形成するための多数の部
分円の場合は、端部に隣接する半円のみが特に示されて
いる。リード１００は、折り線１０６で半円１０４に結
合される半円１０２の端部に径方向に一体的に設けられ
ている。リードは半径に関してその中心線に結合されて
おり、折り線１０６は２つの半円１０２、１０４の半径
に直角である。これらの半円は連続し、折り線の中心を
介して半径に対して直角の折り線によって結合されてい
る。最後の２つの半円１０８、１１０は、折り線１１２
で結合される。結合リード１１４は、前記したように、
半径に関して半円１１０に取り付けられている。異なる
値のｄ及びＡを有する上記の公式の範囲内で、多数の異
なるヘリカル巻線を製造可能である。

【００２６】通常のコイル巻線製造方法では、導電体は
折り畳まれてヘリカル構成となる前に絶縁層を付加され
る。これによって連続する巻線間に絶縁を提供すること
ができる。このような折り畳まれたヘリカルコイルの試
験によれば、パフォーマンスは圧延工程あるいは切断及
び溶接工程によって製造されたヘリカルコイルと類似す
ることが見いだされた。

【００２７】本発明は現在考え得る最良のモードで説明
されたが、当業者の能力の範囲で、かつ、発明能力を行
使することなしに、多くの変更、モード、及び実施例が
可能である。すなわち、この発明の範囲は次の請求の範
囲によって規定される。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、限られたサイズの誘導
コイルで高電流及び高周波が得られるヘリカル誘導コイ
ル及びその製造方法を提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヘリカル誘導コイルを使用する分離可
能な変圧器の分解図である。

【図２】要素が導電材からなるシートから切断された
後、折り線を示すコイル要素ストリップの第１実施例の
平面図である。

【図３】実質的に折り畳まれた図２のコイルを示す透視
図である。

【図４】要素を折り線で結合した状態で、導電材シート
から切断されたときの誘導コイル要素の第２実施例の平
面図である。

【図５】実質的に完全に折り畳まれた図４のブランクを
示す、図３に類似した透視図である。

【図６】要素を折り線で結合した状態で、導電材シート
から切断されたときの誘導コイル要素の第３実施例の平
面図である。

【図７】実質的に完全に折り畳まれた図６のブランクを
示す、図３に類似した透視図である。

【符号の説明】

１０、１２…誘導性チャージ結合器、１４…誘導性チャ
ージリセプタクル、１６…ケーブル、１８…取っ手、２
０…パネル、２２…１次巻線、２４…磁性コア、２６…
磁性キャップ、２８…コア、３０…２次巻線、３４…磁
性キャップ、４０…巻線、４２、７４…ブランク、４
４、４６、４８、５０、５２、５４…部分円、６０、６
２…リード、６４、６６、６８、７０、７２…折り線、
７６、７８、８０、８２…半円、８４、８６、８８…折
り線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サム・ナカガワ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90502、トーランス、ウエスト・トゥハン ドレッドサーティーンス・ストリート 1233 (72)発明者 ジョン・ティー・ホール アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91364、ウッドランド・ヒルズ、アンバ ー・ドライブ 21831

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘリカル誘導コイルであって、 第１の部分的ターンと、 第１の折り目で前記第１の部分的ターンに取り付けられ
   た第２の部分的ターンと、 第２の折り目で前記第２の部分的ターンに取り付けられ
   た第３の部分的ターンと、 最後の折り目で前記ヘリカル誘導コイルに取り付けられ
   た最後の部分的ターンとを具備し、 前記第１乃至最後の部分的ターンは、１乃至１０よりも
   大きい幅／厚さ比を有する屈曲可能な金属からできてお
   り、前記第１乃至最後の部分的ターンは、ヘリカル誘導
   コイルを形成すべく、個々に互いに重複していることを
   特徴とするヘリカル誘導コイル。
2. 【請求項２】 前記第１の部分的ターンと最後の部分的
   ターンは、前記ヘリカル誘導コイルが電気的に接続され
   るように、接続リードを有していることを特徴とする請
   求項１記載のヘリカル誘導コイル。
3. 【請求項３】 前記第１乃至最後の部分的ターンは、前
   記第１乃至最後の部分的ターンが部分的に環状となるよ
   うに、部分的に円形のターンであることを特徴とする請
   求項１記載のヘリカル誘導コイル。
4. 【請求項４】 ヘリカル誘導コイルを形成するためのブ
   ランクであって、 各々が同一の平面に設けられ、かつ、金属シートからな
   る同一のシートで形成されている複数の部分的コイルを
   具備し、 前記複数の部分的コイルの各々は、折り線に関して隣接
   する部分的コイルに取り付けられ、前記折り線は、前記
   ブランクが前記折り線に関して折り畳まれたとき、前記
   第１乃至最後の部分的コイルが互いに部分的に重複して
   ヘリカルコイルを形成するように設けられており、前記
   第１乃至最後の部分的コイルの各々は厚さの１０倍より
   も大きい幅を有していることを特徴とするブランク。
5. 【請求項５】 ヘリカル誘導コイルの製造方法であっ
   て、 各々が１０よりも大きい幅／厚さ比を有するように、折
   り線に沿って互いに取り付けられた複数の部分的コイル
   ターンを、シート金属から切断する工程と、 前記複数の部分的コイルターンが互いに部分的に重複し
   てヘリカル誘導コイルを形成するように、前記複数の部
   分的コイルターンを互いに折り畳む工程と、を具備した
   ことを特徴とするヘリカル誘導コイルの製造方法。