JPS5944713A - 高周波用リツツ線及びこれを用いて製造されたコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、高周波電流を流すようＫなしたりッツ線及
びコイルに関する。

〔従来技術〕

一般に、導体に高周波電流を流す場合、高周波電流が導
体の表面層に局限されて内部釦式らない現象がある。こ
れは表皮効果と呼ばれている。高周波電流が導線の表面
だけを流れるために実効抵抗が増す効果は、線の半径が
表皮深さδの程度以上の時に甚だしくなる。これを避け
るため、リボン状の導線を周込たシ、細い線を絶縁して
ｍｂ合わせ、断面に一様に電流が分布するようになすこ
とが行なわれている。後者はリッツ線（ｌｉｔｚ　ｗｉ
ｒｅ）と呼ばれている。

一方、高周波電流を流すコイルを使用する装置として、
磁気バブルメモリがある。即ち、磁気バブルメモリにお
いては、バブルドメインを転送するために回転磁界発生
回路が備えられ、その回転磁界発生回路の一構成要素と
してコイルが使用されている。この回転磁界は、良く知
られているように、複数個のコイル例えば２つのコイル
を、それらが作る磁界が直焚するように配置し、それぞ
れのコイルに位相差がπ／２だけずれている電流を流す
ことによシ、得られる。

通常こ、のコイル駆動周波数としては、５０〜１００Ｈ
２のものが実用化されている。

上述した磁気バブルメモリにおいては、大容量化による
記憶データの高速書込み、高速読み出しのために、コイ
ル駆動周波数はよシ高いものが要求されつつあシ、上記
表皮効果に関する問題点は十分に対策されなければなら
ない。

さて、従来のりッツ線は、仕−ヒシ外径を円形になすと
いう製造上の理由から、第１図（α）及び同図（−１の
Ａ−Ａ断面図である第１図（Ａ）に示すように、７本の
素線１α〜１ｇを用い、１本の素線１ａの周囲に６本の
素線１ｈ〜１ｙｆ：撚り合わせて（同心撚り）製造され
ている。つまシ、中心に配置された１本の素線１ａはほ
ぼ直線状に延び、周囲の６本の素線１ｈ〜１ｇは、上記
中心に配置された１本の素線１αを囲繞するようにらせ
ん状に撚られで、円形に近い外周２を持つ。なお、素線
１α〜１ｙの断面図を第１図（ｃｌに示す。各素線は自
己接着性マグネットワイヤであり、具体的には、銅導体
６の外周にポリ六レタン絶縁層４を設け、さらにその外
周に熱可塑性樹脂接着層５を杉覆した構造をもつ。

ところでリッツ線における表皮効果を考察した場合、各
素線の表皮効果は、当該素線の自己電流以外に、近接し
て配置された素線に流れる電流による磁界の影響に基づ
くものがある。その結果、上述した従来のりッツ綜にお
いでは、周囲の６本の素線１ｈ〜１１は互いに同一の条
件を持つので、′＃に流密度はほぼ同一である。しかし
、中心に配置された１本の素線１αは、表皮効果の影響
を最も多く受け、電流密度は周囲の６本の素線よりも小
さくなる。即ち、７本の素線全体においては、その構造
配置が不平等であることから、風流密度分布が具なυ、
損失抵抗の増加という欠点があった。

従って、上記した従来の同心撚りのりッツ線は、電流密
度が不均一であることから、表皮効果の問題点を完全に
解決したとは言い難い。

さて本発明者らは、このような現状に鑑みて、リッツ線
の高速化に対応して電流密度分布の均一化を考慮し、表
皮効果にともなう損失抵抗の低減を図ったりッ　ツ線及
びコイルを特願昭５６−１１９０５１号にて提案した。

かかる先願発明は、表皮効果にともなう損失抵抗の低減
を図るため、３本撚りからなる構造を基本阜位として、
この基本単位リッツ線を更にＮ回（Ｎ≧２なる整数）３
本撚りを繰返［、て構成し、３のＮ乗本の素線を撚った
ことｆ特徴とするものである。

〔発明の目的〕

本発明は上記先願発明の応用例を提案するものであシ、
従ってその目的は、上記先願と同様に、リッツ線、コイ
ルに流す電流の高周波化、更には磁気バブルメモリの高
速化に対応して、電流密度分布の均一化を図シ、表皮効
果による損失抵抗の低減を図ったリッツ線及びコイルを
提供することにあし、更に本発明によれば、電流密度分
布の均一化を図ることによって生じたりッツ線又はコイ
ルの残余のスペースに、リッツ線又はコイルの温度検出
又は磁界検出等の制御信号線を含ませることにより、リ
ッツ線又はコイルの制御を行なうようになしたりッッ線
及びコイルを提供することができる。

〔発明の概要〕 本発明の特徴は、ｍ本（ｍ≧４なる整数）の素線を、そ
れらが構造的に同一条件を持つように軸部材を中心にし
て撚った構造を基本単位リッツ線とし、必要に応じてこ
の基本単位リッツ線をル本（ｒＬ≧３なる整数）用いて
更に撚シ、上記基本単位リッツ線の撚シをＮ回（Ｎ≧２
なる整数）繰返してリッツ線を形成した点にある。

そしてこれらのりッツ線を用いて、コイルを製造するも
のである。

〔発明の実施例〕

本発明の詳細な説明する前に、上記先願発明の実施例に
ついて簡単に説明する。

第２図（α）、第８図（α）及び第９図（α）が上記先
願発明の実施例であり、第２図（α）は３本の素線６α
。

６ｈ、６ｃを撚ったリッツ線であシ、仕上υ線の外周が
番号７で示されている。６本の素線６α、６ｈ。

６Ｃは均等に撚られるため、構造的に対称となっている
。

第８図（α）は第２図（α）に示した基本単位リッツ線
を３本用いて撚った実施例を示し、また第９図（α）は
第８図（α）に示したりッツ線を更に６本用いて撚った
実施例を示している。

即ち、上記先願発明では、３本撚りヲ＃！ｒ！シ返すこ
とによシ、各素線の構造条件を均一化し、リッツ線全体
の電流密度分布を素線のレベルで均一化するものである
。

さて、本発明の実施例を以１詳細に説明する。

本発明が上記先願発明と特に異なる点は、リッツ線ｆ：
構成するに際して、中心に軸部桐を配置して、これにほ
ぼ外接するように素線を撚れば、素線は互いに同一の構
造条件を持つことに着目し、４本以上の素線でリッツ線
を構成した点圧ある。

第２図（ｈ）〜（イ）は、本発明の基本単位リッツ線の
６つの実施例を示す断面図である。本発明のりッツ線の
最も重要な点は、上述したように、リッツ線を構成する
ｍ本ｃｍ≧４なる整数）の素線が、構造的に同一条件を
持つように軸部材を中心にして対称位置に配置されて撚
られ、各素線の電流密度分布を均一化した点にある。

第２図（句＋　（’Ｌ　（’］、（ｇ）、及び（ｆ）は
、それぞれ４本の素線８ａ−８ＣＬ、ｓ本の素線１１ｔ
Ｌ〜１１ｇ、　６本の素線１４α〜１４ｆ、７本の素線
１７α〜１７ｇ及び１３本の素線２０α〜２０ｒｒＬｆ
：撚っ＆　ＩＪッツ線であシ、仕上υ線の外周は、それ
ぞれ番号１０．１３，１５．１９及び２２で示されてい
る。これらのりッツ線は、その周辺にハイボン接着層を
施こし、かつ可撓性を持つ軸部材９．１２．１５．１８
　　及び２１ヲ中心にして撚ることにより形成される。

従って第２図（ｈ）〜げ）に示すように、断面図で見た
場合、各素線は軸部材９．１２．１５．１８及び２１に
対し７て放射状に配置されて構造的に同一条件を持ち、
かつこの軸部材９、１２．１５．１８及び２１に接着さ
れる。

なおこの軸部材は、上述のように各素線を撚る際の軸心
を構成するものであり、その径は、その周囲の素線の数
及び径によって定められ、軸部材の外周に各素線が外接
することによって、リッツ線の形くずれを防止する機能
をも持っている。材質は絶縁性を有するものを使用する
が、中心部に導体を持つ絶縁電線を用いれば、その導体
を、後述するように制御信号線として用いることができ
る。

さてここで、導体内に表皮効果に伴う電流密度分布が起
きたときの損失を計算して、電流密度分布と高周波抵抗
の関係を明らかにする。

今、第３図に示す導体１００に、第４図に示すよう九電
流密度分布Ｊ　（Ｔｌを持つ電流が流れた場合を考える
。導体１０００半径をα、長さｆ、ｔ。

導電率をσ、抵抗率をρ、透磁率をμとすると、電流密
度分布Ｊ　（ｒ））及び表皮深さδは、それぞれ次式で
与えられることが知られている。

’（”用’ｍａｙ：　ｔ”　　　　　　　＋１）Ｗ：角
周波数 ここで導体に流れる全電流をＩとすると、１　＝　ｆ’
２ｙｔｒＪ（ｒ）ｄ、ｒ　　　　　（３）となり、最大
電流密度Ｊ−は、 となる。

従って、第３図に示す導体１００に電流１−１）を流れ
た場合の損失Ｐ　（＝Ｒ（ｒ、θ）　ｅｉ２（ｒ、θ）
−１）は、Ｐ＝ｆ２″ｆ”　ｐｔｌ”（ｒｌ　ｒ　ｄ、
θｄｒと求まる。

一方、第３図の導体１００に均一な°這流密度をもつ電
流Ｉが流れた場合の損失Ｐ。は、Ｐｏ＝ＲｏＩｔ　＝＝
　Ｐ　ｅ−、、、Ｐ　　　　　　　（ｅ）従って、損失
比Ｐ／Ｐ０は、式（５）５式（６）からｔ＝”　　　　
　　　　　　　　　ｆ７）δ とおくと、 ここで、高周波抵抗比Ｒ／ＲＯを考えるとＲＲＩ２ ｏＲｏＩｔ から、 が得られる。

式Ｏｎにおいて、ｔ＝０の場合、つまり式（７）　ｒ式
（２）からＷ→０の場合を計算すると、Ｒ（ｏ）＝　Ｌ
ｉｍＲ（ｔ）　＝　Ｒｏ　　　　　　　　　　ａ力ｔ−
＋。

が成立していることが確認できる。

式ａｎから ｔ〉１　　　　　　　　　　０ のとき、 以上から、弐（１１の特性を第５図に示す。この第５図
から、導体１００の半径αが表皮深さδを越えるに従っ
て、高周波抵抗が増加することが判る。

また、電流密度分布のむ度を示すため、偏・χ／ｃＬ□
の関係を考える。式ｆｌｌ、　＋７１から次式の関係が
得られ、これを第６図に示す。

ｂ二＝＝　、１ ノア、ｎＩ 表皮効果を伴わない均一な電流密度分布をもつ場合は、
式ｕＪにおいてｔ＝Ｑであることから、Ｊｍａｘ＝　Ｊ
ｍｉｎが成立することが確認できる。

以上のように、第５図及び第６図から、電流　−密度分
布）ｍσ／ノｍｉｎ、が大きくなると、これに比例しで
高周波抵抗Ｒ（ｔ）が増加する。

従って、導体に均一な電流密度（ＪｍσｉＪｍｉｎ＝１
　）をもつ電流Ｉを流すことにより、導体の高周波抵抗
を最小（Ｒｏ）にすることができる。例えば第６図にお
いて、成るｔ＋（Ｗ＋＋αＩ）に対して、単線をリッツ
線にすることによシ、理想的には、Ｕ流密夏分布Ｊｍσ
／Ｊｍｉｎを１″にすることができ、その結果、高周波
抵抗Ｒを最小値Ｒｏにすることができる。

しかしながら、これはりッツ純における各素線に、均一
な電流が流れることを前提としたものであシ、第１図（
ｈ）に示したようなりッツ線の場合は、均一な電流が流
れないこと前述の通っである。即ち、第１図＜ｈ）に示
したりッツ線のＢ−Ｂ方向の電流密度分布は、第７図に
示すようなものであり、素線レベルでの電流密度分布の
均一化が図られていない。

これに対して本発明の第２図（ｈ）〜Ｕ）に示したリッ
ツ線は、各素線が構造的に同一条件を持つように対称的
に配置されて込るため、素線レベルで電流密度が均一化
されておυ、高周波抵抗Ｒは、最小値Ｒｏとなすことが
できるものである。

さて、第８図（ｈ）〜（ｄ−）は第２図に示した基本単
位リッツ線をル本（ｒＬ≧３なる整数）用いて撚った実
施例を示している。第８図（ｈ）は第８図（α）に示し
た先願発明のリッツ線の中心部に軸部材３１ｔｌ−含ん
たものを示し、番号５２で示した外周を持つ。また第８
図（Ｃ）は、第２図（Ａ）に示した基本単位リッツ線を
４本用い、軸部材３３を中心に撚ったものである。更に
、第８図（ｄ）は、第２図（Ｃ）に示した基本単位リッ
ツ線を３本用いて撚ったものである。

更に、第９図（ｈ）〜（ｄ）は、第８図に示したりッツ
線をＰ本（Ｐ≧３なる整数）用いて撚った実施例を示し
ている。第９図（ｈ）は第９図（α）に示した先願発明
のりッツ線の中心部に軸部材４０を含んだものを示して
いる。第９図（Ｃ）は第８図（Ｃ）に示したりッツ線を
４本用い、軸部材４１を中心圧撚りたものである。更に
第９図（ｄ）は、第８図（ｄ、）に示したりッツ線を３
本用いて撚ったものであシ、この例においては中心部に
軸部材４２を含んでいる。なお第９図に示した実施例に
おいては仕上シ外周線は特に図示していないが、円形で
あることは明らかであろう。

なお、第２図（ｂ）〜（ｆ）に示したりッツ線の考え方
を用い、同じ素線を用いたりッツ線を用いれば、多くの
組合せ例が考えられることは明らかであろう。

即ち、本発明によれば、リッツ線における各素線の構造
的配置は、上記のようなｍシ構造金とることによシ等し
くなシ、その結果、各素線に及はす近接した素線による
表皮効果の影響が等しくなシ、各素線に流れる電流も等
しくなる。

従って、各素線で構成されるリッツ線全体の電流密度分
布は、素線のレベルで均一化され、近接した素線による
表皮効果の影響を受けず、自己電流による表皮効果の影
響だけを受けることになる。従って本発明では、リッツ
線を構成する素線の表皮効果を考慮するたけでよく、従
来のリッツ線に比べて損失抵抗の増加を大幅に抑えるこ
とができるものである。

以上のようなリッツ線を用いて製造したコイル５０の一
実施例を第１０図に示す。また第１１図はりッツ線を２
層巻きにして製造したコイル５１の要部断面斜視図であ
シ、矢印は巻き方向を示している。

なお第２図、第８図及び第９図に示したリッツ線におけ
る軸部材？、　１２．１５．１８．２１．５１．３３．
４０゜４１及び４２の応用例について述べる。

一般に磁気バブルメモリ等に使用されるコイルにおいて
は、特に安全性の点から、コイルの温度或いは磁界を検
出し、得られた検出信号により機器を制御することが望
まれる。この場合本発明においては、上記軸部材はコイ
ルの中枢部を通過していることから、上記検出に有効に
使用することができる。即ち、軸部材として、例えば第
２図（ｃ）に示すように中心部に導体１８αを持ち周縁
部に絶縁層及びハイボン接着層１８Ａを有するものを使
用すれば、上記導体１８αを制御信号線として使用する
ことができる。

例えば温度検出について述べる。導体の抵抗が温度によ
って微動することは周知である。従って上記制御信号線
に所定時間毎に電流を流し、温度の変化による抵抗変化
分を例えば電圧変化分とし、て検出するようにすれば、
コイルの温度を確実に検出することができる。この温度
検出の利用例として、コイルの温度が所定の温度に達し
た時に、メモリの動作を停止せしめるようになすことが
ある。

〔発明の効果〕

次に本発明の効果について、特性図を用いて説明する。

第１２図は、本発明のりッツ線と’ｌ？性を比較するた
めに取り上げた従来のりッツ線の断面図であシ、実効断
面積Ｓをもつ素線１ルを９本撚ったもので、仕上り線の
外周２ｎｆもつ。

第１３図は、従来のリッツ線と本発明にょろりッツ線の
特性比較のためのリッツ線の利用例であυ、コイル５２
の正面図を示す。

第１４図は、本発明の効果を従来技術と比較するためコ
イルに対する損失抵抗の周波数特性を示したものである
。

第１４図中に示し比容曲線の基本的な条件を第１表に示
す。

第１表 第１４図における曲線６２は、本発明にょろりッツ線の
場合であシ、第８図Ａに示した断面構造をもつりッツ線
を用いて製造した第１３図に示すコイルの周波数特性で
ある。また、曲線６１は従来のりッツ線の場合であり、
第１２図に示した断面構造をもつ仕上導線を用いて製造
した第１３図に示すコイルの周波数特性である。なお曲
線６゜は、線径３α、断面積９Ｓを持つ単線にて形成し
たコイルの周波数特性である。

第１４図から明らかなように、本発明によるリッツ線（
６２）の方が従来のりッツ線（６１）に比べて周波数ｆ
に対する損失抵抗比Ｒ／Ｒ０（Ｒ：高周波抵抗、　Ｒｏ
：直流抵抗）の立上シが遅く、即ち、素線の線径と表皮
深さが同程度になシ損失抵抗が急激に増す立上シ周波数
が、本発明では犬きくなるように改善されておシ、本発
明の効果が顕著に表われている。

以上詳しく説明したように、本発明によシ、リッツ線を
構成する各素線の構造的配置を均一化することができ、
一本線あるいはコイルの表皮効果にともなう損失抵抗の
増加を大幅に抑えることができる。これによシ、磁気バ
ブルメモリなどの高速駆動コイルが低損失で駆動できる
ようになり、その工業的価値はきわめて大なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のりッツ線に関する図面であシ、第１図（
α）は外観斜視図、第１図（ｈ）は第１図（α）のＡ−
Ａ線断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ｈ）のリッツ線を
構成する素線の断面図である。第２図（αンは本発明者
らによる先願発明のりッツ線の断面図である。第２図（
ｂｌ〜（ｆＪは本発明の基本単位リッツ線の５つの実施
例を示す断面図である。第３図は単線の斜視図、第４図
は単線の電流密度分布図、第５図は高周波抵抗Ｒ（ｔ）
の特性図、第６図は電流密度分布Ｊｍｎａ、ガｍｉの特
性図、第７図はりッツ線の電流密度分布図である。第８
図（α）は本発明者らによる先願発明のりッツ線の断面
図である。第８図（ｂ）〜（ｄ）は、第２図に示した基
本単位リッツ線を更に撚って形成された本発明にょろり
ッツ線の３つの実施例を示す断面図である。第９図（α
）は本発明者らによる先願発明のリッツ線の断面図であ
る。第９図（ｂ）〜（ｄ、）は第８図に示したりッツ線
を更に撚った形成されたりッツ線の３つの実施例を示す
断面図である。第１０図は本発明によるリッツ線を用い
て製造されたコイルの斜視図、第１１図は２層巻コイル
の一部断面斜視図である。第１２図は本発明と特性を比
較するための従来のリッツ線の断面図、第１３図はコイ
ル形状を示す外観図、第１４図は損失抵抗比Ｒ／Ｒｏ　
の周波数特性図である。 ８ａ〜ａｄ、　１１　ａ〜１１　ｇ、　１　ｄａ〜１４
ｆ、　１７ａ〜１７　！１．２０ａ〜２０ｍ−素線 ９、１２．１５．１８．２１・・・軸部材１８α・・・
導体 １８ｂ・・・絶縁層及び接着層 ３１、３５．４０．４１．４２　　・・・軸部材５０．
５１・・・コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　絶縁された複数本の素線が撚られて形成されるリ
   ッツ線において、絶縁された軸部材が中心に配置され、
   該軸部材の周囲にｍ本（７７Ｌ≧４なる整数）の素線が
   撚られて形成されたことを特徴とする高周波用リッツ線
   。 ２、　上記軸部材は、周囲に絶縁層が形成されるととも
   に、中心部に制御信号線用導体が形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第一、１項記載の高周波用リ
   ッツ線。 ３、　上記軸部材の絶り＃層の最外周部に、接着層が形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の高周波用リッツ線。 ４、　上記軸部材の制御信号用導体を、温度検出用とし
   て用いたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   高周波用リッツ線。 ５、　絶縁された複数本の素線が撚られて形成されるリ
   ッツ線において、絶縁された軸部材が中心に配置され、
   該軸部材の周囲にｍ本（ｍ≧４なる整数）の素線が撚ら
   れて基本単位リッツ線が形成され、該基本単位リッツ線
   が３本用いられて更に撚られ、この３本撚シがＮ回（Ｎ
   は１以上の整数）繰返して形成されたことを特徴とする
   高周波用リッツ線。 ６、上記軸部材け、周囲に絶縁層が形成されるとともに
   、中心部に制御信号線用導体が形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載の高周波用リッツ線
   。 ｌ　上記軸部材の絶縁層の最外周部に、接着層が形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   高周波用リッツ線。 ８、　上記軸部材の制御信号用導体を、温度検出用とし
   て用いたことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
   高周波用リッツ線。 ９　絶縁された複数本の素線が撚られて形成されるリッ
   ツ線において、絶縁された第１０軸部材が中心に配置さ
   れ、該第１の軸部材の周囲に面木（ｍ≧４なる整数）の
   素線が撚られて基本単位リッツ線が形成され、該基本単
   位リッツ線がｍ本（ｎ≧４なる整数）周込られて、第２
   の軸部材を中心にして更に撚られ、このｍ本撚ｐがＮ回
   （Ｎは１以上の整数）繰返して形成されたことを特徴と
   する高周波用リッツ線。 １０　　上記第１及び第２の軸部材は、周囲に絶縁層が
   形成されるとともに１少なくとも１本の軸部材の中心部
   に制御信号線用導体が形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項記載の高周波用リッツ線。 １１、上記第１及び第２の軸部材の絶縁層の最外周部に
   、接着層が形成されて込ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１０項記載の高周波用リッツ線。 １２、上記軸部材の制御信号用導体を、温度検出用とし
   て用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
   の高周波用リッツ線。 １３、絶縁された複数本の素線が撚られて形成されるリ
   ッツ線を用いたコイルにおいて、絶縁された軸部材が中
   心に配置され、該軸部材の周囲にｍ本（ｍ≧４々る整数
   ）の素線が撚られて形成された高周波用リッツ線を用い
   て製造されたコイル。 １４、絶縁された複数本の素線が撚られて形成されるリ
   ッツ線を用いたコイルにおいて、絶縁された軸部材が中
   心に配置され、該軸部材の周囲にｍ本（ｎＬ≧４たる整
   数）の素線が撚られて基本単位リッツ線が形成され、該
   基本単位リッツ線が３本用いられて更に撚られ、この５
   本撚シがＮ回（Ｎは１以上の整数）繰返して形成された
   高周波用リッツ線を用いて製造されたコイル。 １５、絶縁された複数本の緊線が撚られて形成されるリ
   ッツ線を用いたコイルにおいて、絶縁された第１の軸部
   材が中心に配置され、該第１の軸部材の周囲にｍ本（ｍ
   ≧４なる整数）の素線が撚られて基本単位リッツ線が形
   成され、該基本単位リッツ線がｎ本（ル≧４なる整数）
   用いられて、第２の軸部材を中心にして更に撚られ、こ
   のル本撚シがＮ回（Ｎは１以上の整数）繰返して形成さ
   れた高周波用リッツ線を用いて製造されたコイル。