KR20160065959A

KR20160065959A - 고주파용 전선 및 코일

Info

Publication number: KR20160065959A
Application number: KR1020167011803A
Authority: KR
Inventors: 치히로 가미다키; 닝 구안; 다카후미 미쓰노
Original assignee: 가부시키가이샤후지쿠라
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-06-09
Also published as: WO2015083456A1; EP3079158A4; EP3079158A1; JP6194369B2; CN105793932A; US20160307666A1; JPWO2015083456A1

Abstract

고주파용 전선이, 구리보다 도전율이 낮은 재료로 형성되는 내층과, 상기 내층을 피복하고 또한 구리로 형성되는 외층을 구비한 도체부를 가진다. 상기 고주파용 전선이 사용되는 교류 전류의 주파수의 범위에 있어서, 순동으로 이루어지는 도체부를 구비하는 구리선에서의 표피 두께 δ[m]를 δ=√(2/ωσμ)로 규정한 경우에, 상기 외층의 두께 t[m]는, 1.1δ<t<2.7δ을 만족시킨다. 여기서, ω는 2πf로 표현되는 전류의 각 주파수, μ는 구리선의 투자율[H/m], σ는 구리선의 도전율[Ω^―1 m^―1], f는 주파수[Hz]이다.

Description

고주파용 전선 및 코일{HIGH-FREQUENCY ELECTRICAL WIRE AND COIL}

본 발명은, 고주파용 전선 및 코일에 관한 것이며, 예를 들면, 각종 고주파 기기(機器)의 코일, 케이블 등에 이용되는 고주파용 전선 및 코일에 관한 것이다.

본원은, 2013년 12월 2일에, 일본에 출원된 특허출원 제2013―249685호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

교류 전류를 통전시키는 기기의 코일·케이블에 있어서는, 그 교류 전류에 의해 발생한 자계에 의해 도체(導體) 내에 와전류(渦電流)가 생긴다. 이로써, 표피 효과·근접 효과에 의해 교류 저항이 증대하여, 발열이나 소비 전력의 증대가 일어나는 경우가 있다.

표피 효과 및 근접 효과를 억제하는 대책으로서는, 소선(素線)의 세경화(細徑化), 및 각각의 소선을 절연 피복한 리츠선(litz wire)의 채용 등이 있다(특허 문헌 1∼3을 참조).

그러나, 리츠선을 채용해도, 소선의 세경화에 의한 표피 효과 및 근접 효과를 억제하는 것에는 한계가 있다. 또한, 고주파에서는 근접 효과에 의한 저항 증대가 일어나기 쉬운 문제점을 해결할 수 없다.

소선의 구조에 착안한 근접 효과나 표피 효과의 저감책으로서는, 예를 들면, 표피 효과에 의해 전류가 구리선의 표면에 집중되는 것을 이용하여, 구리선 표면에 구리보다 전기 전도도가 높은 은을 피복하는 것을 들 수 있다. 은 피복에 의해 저항의 저감을 도모한 선재(線材)나 그것을 사용한 케이블은 시판되고 있다. 그러나, 이 저감책에는, 비용이 높아지는 문제점이 있다.

특허 문헌 5에는, 교류 저항을 구리보다 저감할 수 있는 것으로서, 구리보다 전기 전도도가 낮은 재료로 이루어지는 소선을 사용한 코일이 제안되어 있다. 그러나, 이 코일은, 근접 효과를 저감할 수 있지만, 저항은 증대하므로, 근접 효과가 클 경우만으로 적용이 한정된다.

또한, 특허 문헌 4, 비특허 문헌 1 및 비특허 문헌 2에는, 구리선에 자성층을 피복 형성함으로써, 구리선 내부로의 자계의 들어감을 억제하여 근접 효과를 저감하는 구조가 제안되어 있다. 그러나, 이 구조에서는, 자성층에 전류가 집중되므로, 고주파에서는 표피 효과가 증대한다는 문제가 있다.

특허 문헌 6에는, 구리 피복 알루미늄선이 개시되어 있다. 그러나, 구리 피복 알루미늄선에서는, 같은 선 직경의 구리선과 비교하여, 교류 저항을 낮게 하는 것은 어렵다.

일본 공개특허 제2009―129550호 공보 일본 공개특허 소62―76216호 공보 일본 공개특허 제2005―108654호 공보 국제 공개 제2006/046358호 국제 공개 제2012/023378호 일본 공개특허 제2003―147583호 공보

미즈노 스토무(水野勉) 외 7명, 「자성 도금선을 사용한 도선(導線) 내에 생기는 와전류 손해의 저감」, 전기 학회 논문잡지 A, 2007년, 제127권, 제10호, p.611―620 미즈노 스토무 외 7명, 「자성 도금선을 사용한 도선 내에 생기는 와전류 손해의 저감(Reduction of eddy current loss in magnetoplated wire)」The international Journal computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 2009년, 제28권, 제1호, p.57―66

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 저비용으로 표피 효과 및 근접 효과를 억제하여, 교류 저항을 저감할 수 있는 고주파용 전선 및 코일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 표피 효과 및 근접 효과에 기인하는 교류 저항 Rac가 구리선의 교류 저항 Rac보다 작아지는 주파수 영역의 하한값과 상한값은, 기준으로 되는 구리선에서의 표피 두께 δ에 관련지어 정할 수 있는 것에 주목하고, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명은, 이하의 구성을 가진다.

본 발명의 제1 태양(態樣)에 관한 고주파용 전선은, 구리보다 도전율(導電率)이 낮은 재료로 형성되는 내층과, 상기 내층을 피복하고 또한 구리로 형성되는 외층을 구비한 도체부(導體部)를 가지고, 상기 고주파용 전선이 사용되는 교류 전류의 주파수의 범위에 있어서, 순동(純銅)으로 이루어지는 도체부를 구비하는 구리선에서의 표피 두께 δ[m]를 δ=√(2/ωσμ)라고 규정한 경우에, 상기 외층의 두께 t[m]는, 1.1δ<t<2.7δ을 만족시킨다. 여기서, ω는 2πf로 표현되는 전류의 각 주파수, μ는 구리선의 투자율(透磁率)[H/m], σ는 구리선의 도전율[Ω^― ¹ m^―1], f는 주파수[Hz]이다.

상기 외층의 두께 t는, 1.3δ<t<2.7δ을 만족시켜도 된다.

상기 외층의 두께 t는, 2.0δ<t<2.7δ을 만족시켜도 된다.

상기 도체부의 외주면(外周面)에는, 절연 피복층이 형성되어도 된다.

본 발명의 제2 태양에 관한 고주파용 코일은, 상기 제1 태양에 관한 고주파용 전선을 구비한다.

본 발명의 제3 태양에 관한 리츠선은, 복수 꼬아 합쳐진 상기 제1 태양에 관한 고주파용 전선을 구비한다.

본 발명의 제4 태양에 관한 케이블은, 절연 피복이 행해진 상기 제3 태양에 관한 리츠선을 구비한다.

본 발명의 제5 태양에 관한 코일은, 상기 제3 태양에 관한 리츠선 또는 상기 제4 태양에 관한 케이블을 구비한다.

본 발명의 상기 태양에 의하면, 외층의 두께가 소정 범위 내에 있으므로, 교류 저항은 구리선의 교류 저항보다 낮아진다. 따라서, 코일의 Q값을 향상시킬 수 있다.

도 1은 저항에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 2는 근접 효과에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 3은 내부 인덕턴스에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 4는 저항에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 5는 근접 효과에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 6은 내부 인덕턴스에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 7a는 저항, 근접 효과, 내부 인덕턴스에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 7b는 저항, 근접 효과, 내부 인덕턴스에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 7c는 저항, 근접 효과, 내부 인덕턴스에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 8a는 전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 8b는 전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 8c는 전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 9a는 와전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 9b는 와전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 9c는 와전류 밀도 분포에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 10a는 구리선에 비해 저항이 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 10b는 구리선에 비해 저항이 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 10c는 구리선에 비해 저항이 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 11a는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 11b는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 11c는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 12a는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지고, 또한 구리선에 비해 내부 인덕턴스가 커지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 12b는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지고, 또한 구리선에 비해 내부 인덕턴스가 커지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 12c는 구리선에 비해 저항 및 근접 효과가 낮아지고, 또한 구리선에 비해 내부 인덕턴스가 커지는 주파수 영역에 관한 계산예를 나타낸 도면이다.
도 13은 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 15는 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 16a는 고주파용 전선의 해석 모델을 나타내는 모식도이다.
도 16b는 고주파용 전선의 해석 모델을 나타내는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 관한 고주파용 전선을 나타낸 단면도(斷面圖)이다.
도 18은 절연 피복층을 가지는 고주파용 전선을 나타낸 단면도이다.
도 19는 리츠선의 예를 나타낸 사시도이다.
도 20은 고주파용 코일의 예를 나타낸 사시도이다.
도 21은 고주파용 코일의 예를 나타낸 사시도이다.
도 22는 시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 23은 시험 결과를 나타낸 도면이다.

<전선의 구조>

도 17은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 고주파용 전선(10)[이하, 전선(10)이라고 함]을 나타낸 단면도이다.

여기에 나타내는 전선(10)은, 특정한 주파수 대역에서 사용되는 전선으로서, 내층(1)과, 내층(1)의 외주면을 피복하여 형성된 외층(2)을 구비한 2층 구조 도체로 이루어지는 도체부(11)를 가진다.

내층(1)은, 구리보다 도전율이 낮은 재료(구리보다 체적 저항률이 높은 재료)로 형성된다. 내층(1)의 재료로서는, 구리보다 도전율이 낮은 금속을 사용할 수 있다. 내층(1)의 재료는, 절연체라도 된다. 내층(1)의 재료는, 자성 재료라도 되고, 비자성(非磁性) 재료라도 된다. 내층(1)의 단면(斷面) 형상은 원형이라도 된다.

그리고, 본 실시형태에 있어서 단면이란, 도체부(11)의 축 방향에 대하여 수직인 면을 말한다.

내층(1)의 재료로서는, 구체적으로는, 예를 들면, 알루미늄 함유 재료, 철 함유 재료, 니켈 함유 재료 등이 바람직하다.

내층(1)은 균일 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 내층(1)은 복수의 재료로 이루어지는 복합재라도 되지만, 이 경우에는, 도전율(전기 전도율, 전기 전도도라고도 함)은, 상기 복수의 재료의 단면적(斷面績)의 비에 기초하여 구할 수 있다.

알루미늄 함유 재료로서는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금이 사용할 수 있다. 예를 들면, 전기용 알루미늄(EC 알루미늄), Al―Mg―Si계 합금[JIS6000 번대(番臺)] 등이 사용 가능하다.

내층이 알루미늄선으로 이루어지고, 외층이 구리로 이루어지는 2층 구조 도체를, 구리 피복 알루미늄선이라고 한다.

철 함유 재료로서는, 철(Fe), 철합금이 사용할 수 있다. 철합금으로서는, 예를 들면, 탄소, 규소, 니켈, 텅스텐, 및 크롬 중 1 또는 2 이상을 포함하는 재료를 들 수 있다. 예를 들면, 강선(鋼線)(스틸선)이나, 스테인레스 강선 등을 내층(1)으로 하여 바람직하게 사용할 수 있다.

내층이 스틸선으로 이루어지고, 외층이 구리로 이루어지는 2층 구조 도체를, 구리 피복 스틸선이라고 한다.

니켈 함유 재료로서는, 니켈이나, 니켈 합금 등을 사용할 수 있다.

니켈 합금으로서는, 니켈 크롬계 합금이 있다. 이 경우, 예를 들면, 내층(10)으로서 니크롬선을 사용할 수 있다.

내층이 니크롬선으로 이루어지고, 외층이 구리로 이루어지는 2층 구조 도체를, 구리 피복 니크롬선이라고 한다.

내층(1)은, 예시한 재료에 한정되지 않고, 마그네슘이나, 텅스텐, 티탄, 철 등의 순금속(純金屬)이라도 되고, 황동(黃動), 인청동, 규소 청동, 구리·베릴륨 합금, 및 구리·니켈·규소 합금 등의 구리 합금이라도 된다. 또한, 고무, 플라스틱 등의 절연체라도 된다.

외층(2)은, 구리로 형성되고, 그 단면적은, 내층(1)과 외층(2)을 합한 도체부(11) 전체의 단면적에 대하여, 50% 이하인 것이 바람직하다. 상기 단면적 비율[도체부(11) 전체의 단면적에 대한 외층(2)의 단면적 비율]은, 예를 들면, 5%∼50%로 할 수 있다. 외층(2)의 단면적 비율을 이 범위로 함으로써, 교류 저항의 저감에 기여한다.

외층(2)은, 일정 두께라도 된다.

전선(10) 전체의 직경[도체부(11)의 직경]은, 예를 들면, 0.05㎜∼3.2㎜로 할 수 있다.

그리고, 본 실시형태의 고주파용 전선에는, 내층, 외층에 더하여, 외층의 외주측에 수지나 에나멜 등의 절연층이 1 또는 2 이상 형성되어 있어도 된다.

다음에, 표피 효과의 설명을 행하기 위해, 2층 구조 도체에 교류 전류를 통전한 경우의 소비 전력의 해석을 행한다.

도 16a에 나타낸 바와 같이, 단면이 원형으로서, 각 층이 서로 다른 소재로 구성되며, z축 방향으로 일정하게 연장되는 2층 구조 도체를 모델화했다. 내측으로부터 i층째의 층의 외경(外徑), 도전율, 비투자율(比透磁率)을 각각 2r_i, σ_i, μ_i로 하고, 시간 인자(因子)를 e^jωt로 한다. μ₀은 진공 중의 투자율을 나타낸다. i는 자연수이다. 또한, j는 허수(虛數) 단위이며, ω는 f를 주파수로 한 경우에 ω=2πf로 규정되는 각 주파수이다.

도 16b에 나타낸 바와 같이, 이 도선의 z축 방향으로 진폭(I)의 전류를 흘렸을 때, 전계의 z성분 E_z는, 다음의 파동 방정식을 만족시킨다.

[수식 1]

식(1)은, 0차의 베셀(vessel) 방정식이므로, 이하의 풀이를 가진다.

[수식 2

k_i ²는 다음의 식으로 표현된다. k_i ²= -jωμ₀μ_iσ_i

또한, J_n, Y_n은 각각 n차의 베셀 함수와 노이만 함수(Neuman function)이며, A_i, B_i는 다음의 경계 조건에 따라 결정되는 상수(常數)이다.

[수식 3]

Maxwell 방정식으로부터, 자계는 이하의 식으로 표현된다. 자계 H_θ는 θ방향 성분을 나타낸다.

[수식 4]

길이 l인 이 도선의 소비 전력의 시간 평균은, 도선의 표면으로부터 유입되는 포인팅 벡터를 도선의 표면(S)에 따라서 적분한 값에 동등하므로, 다음과 같이 표현된다.

[수식 5]

ζ는 ζ= k₂r₂로 표현된다.

교류 전류를 단위 길이의 2층 구조 도체에 통전했을 때의 저항 R_s 및 내부 인덕턴스 L_i는, 다음의 식으로 표현된다.

그리고, 상기 교류 전류의 주파수는, 그 전선(제품)이 사용되는 범위로서 규정(설정)된, 특정한 주파수 영역 내의 주파수인 것이 바람직하다.

[수식 6]

또, σ₁=σ₂ 또한 μ₁=μ₂일 때, A₂=1, B₂=0으로 되고, 식(5)의 R_s는 이하의 식으로 표현된다.

[수식 7]

각 층이 자성체이며, 자기(磁氣) 히스테리시스(hysteresis) 등으로 자기(磁氣) 손실을 나타내는 경우, 투자율에 허수부(虛數部)를 도입함으로써 손실을 나타내는 것이 가능하다. 예를 들면, 다음의 식이 성립된다.

[수식 8]

다음에, 근접 효과를 설명하기 위해, 2층 구조 도체에 외부로부터 일정한 교류 자계를 인가한 경우의 소비 전력의 해석을 행한다.

도 16a에 나타낸 바와 같이, H=∇×A를 만족시키는 벡터 포텐셜을 도입하면, z축 방향의 벡터 포텐셜 A₂= H₀rsinθ는, x축 방향으로부터의 일정한 진폭 H0의 자계를 부여한다.

도선에 이 자계를 작용시켰을 때, A_z는 이하의 파동 방정식을 만족시킨다.

[수식 9]

식(8)은, 이하의 풀이를 가진다.

[수식 10]

C_i, D_i는 다음의 경계 조건에 따라 정해지는 상수이다.

[수식 11]

식(9)에서, 자계와 전계는 다음의 식으로 표현된다.

[수식 12]

[수식 13]

이 때, 도선에서의 소비 전력은, 도선 표면으로부터 유입되는 포인팅 벡터를, 도선의 표면(S)에 따라서 적분한 값의 실부(實部)와 같으므로, 진폭 H₀의 자계를 작용시켰을 때, 길이 l의 도선에 생기는 와전류 손해의 시간 평균은, 다음의 식으로 표현된다.

[수식 14]

코일의 근방 자계는 코일에 흐르는 전류 I에 의해 생성되므로, 자계의 진폭 H₀는 I의 진폭에 비례한다. 이 비례 계수를 α라고 하면, Ho는 다음과 같이 표현된다.

[수식 15]

따라서, 근접 효과에 의한 저항 R_p는 다음과 같이 표현된다.

[수식 16]

D_p는 다음과 같이 표현된다.

[수식 17]

또, σ₁=σ₂ 또한 μ₁=μ₂일 때, C₂=1, D₂=0로 되고, 식(15)은 이하의 식으로 표현된다.

[수식 18]

코일이나 케이블의 교류 저항 R_ac는, 통전에 의한 저항 R_s와, 근접 효과에 의한 저항 R_p의 합으로서 표현된다.

[수식 19]

이와 같이, R_s와 D_p를 정식화(定式化)한 곳에서, 외층이 구리로 구성되는 2층 구조 도체인 도선과, 구리로 이루어지는 도선(구리선)에 대하여, 표피 효과 및 근접 효과의 비교를 행한다.

[실시예]

(실시예 1∼3, 비교예 1)

내층이 합금 알루미늄선으로 형성되고, 외층이 구리로 형성되는 2층 구조 도체(구리 피복 알루미늄선)(실시예 1)와, 내층이 스틸선으로 형성되고, 외층이 구리로 형성되는 2층 구조 도체(구리 피복 스틸선)(실시예 2)와, 내층이 니크롬선으로 형성되고, 외층이 구리로 형성되는 2층 구조 도체(구리 피복 니크롬선)(실시예 3)에 대하여, 이하의 계산을 행하였다.

비교를 위하여, 단층(單層) 구조(1층 구조)의 구리선에 대해서도 동일한 계산을 행하였다(비교예 1). 구리선은 단면이 원형이라도 된다. 단층 구조란 균일 재료로 이루어지는 구조를 말한다.

이하의 설명에 있어서, 2층 구조 도체 또는 구리선을, 단지 「도선」이라고 하는 경우가 있다. 또한, 합금 알루미늄을 단지 「알루미늄」이라고 하는 경우가 있다.

도선(실시예 1∼3 및 비교예 1)의 외경은 1.0㎜로 하였다. 또한, 실시예 1∼3(2층 구조 도체)에서는, 도선의 전체에 대한 외층의 단면적 비율은 25%로 하였다.

실시예 1∼3 및 비교예 1의 2층 구조 도체에 대하여, 전술한 식(5)에 나타낸 저항 R_s 및 내부 인덕턴스 L_i를 계산에 의해 구하였다. 또한, 전술한 식(15)에 나타낸 D_p를 계산에 의해 구하였다.

그리고, 계산에 있어서, 구리, 합금 알루미늄, 스틸, 및 니크롬의 체적 저항률(20℃)을 각각 1.72×10^―8[Ω·m], 3.02×10^―8[Ω·m], 1.57×10^―7[Ω·m], 및 1.50×10^―6[Ω·m]으로 하였다. 그리고, 합금 알루미늄의 체적 저항률은, 전기 학회 전기 규격 조사회 표준 규격 JEC―3405나호(イ號) 알루미늄 합금 전선을 참고로 했다. 구리, 합금 알루미늄, 스틸, 및 니크롬의 도전율(20℃)은, 각각 5.8×10⁷[Ω^―1·m^―1], 3.3×10⁷[Ω^―1·m^―1], 6.4×10⁶[Ω^―1·m^―1], 및 6.6×10⁶[Ω^―1·m^―1]으로 하였다.

구리, 합금 알루미늄, 스틸, 및 니크롬의 비투자율은, 각각 1, 1, 100, 및 1로 하였다.

도 1에, 저항 R_s의 계산 결과를 나타낸다. 실시예 1∼3(2층 구조 도체)에서는, 제1 주파수(약 1.2MHz)를 넘고, 이보다 높은 제2 주파수(약 7.1MHz) 미만의 범위에서, 비교예 1(구리선)보다 저항 R_s가 낮아졌다.

즉, 제1 주파수보다 저주파 측에서는, 실시예 1∼3(2층 구조 도체)의 저항 R_s는 비교예 1(구리선)의 저항 R_s보다 높고, 제1 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 저항 R_s는 일치한다. 그리고, 제1 주파수보다 고주파 측에서 또한 제2 주파수 미만의 범위에서는 실시예 1∼3의 저항 R_s는 비교예 1의 저항 R_s보다 낮고, 제2 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 저항 R_s는 다시 일치하고, 제2 주파수보다 고주파 측에서는 실시예 1∼3의 저항 R_s는 비교예 1의 저항 R_s보다 높게 되었다.

도 2에, D_p의 계산 결과를 나타낸다. 실시예 1∼3(2층 구조 도체)에서는, 제1 주파수(약 1.5MHz)를 넘고, 이보다 높은 제2 주파수(약 7.1MHz) 미만의 범위에서, 비교예 1(구리선)보다 D_p가 낮아졌다.

즉, 제1 주파수보다 저주파 측에서는, 실시예 1∼3(2층 구조 도체)의 D_p는 비교예 1(구리선)의 D_p보다 높고, 제1 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 D_p는 일치한다. 그리고, 제1 주파수보다 고주파 측에서 또한 제2 주파수 미만의 범위에서는 실시예 1∼3의 D_p는 비교예 1의 D_p보다 낮고, 제2 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 D_p는 다시 일치하고, 제2 주파수보다 고주파 측에서는 실시예 1∼3의 D_p는 비교예 1의 D_p보다 높게 되었다.

도 3에, 내부 인덕턴스 L_i의 계산 결과를 나타낸다. 실시예 1∼3(2층 구조 도체)에서는, 제1 주파수(약 3.6MHz)보다 고주파 측에서 또한 높은 제2 주파수(약 10MHz) 미만의 범위에서, 비교예 1(구리선)보다 L_i가 높게 되었다.

즉, 제1 주파수보다 저주파 측에서는, 실시예 1∼3(2층 구조 도체)의 내부 인덕턴스 L_i는 비교예 1(구리선)의 L_i보다 낮고, 제1 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 L_i는 일치한다. 그리고, 제1 주파수보다 고주파 측에서 또한 제2 주파수 미만의 범위에서는 실시예 1∼3의 L_i는 비교예 1의 L_i보다 높아지고, 제2 주파수에 있어서 실시예 1∼3과 비교예 1과의 L_i는 다시 일치하고, 제2 주파수보다 고주파 측에서는 실시예 1∼3의 L_i는 비교예 1의 L_i보다 낮아졌다.

도 4는, 도 1에 나타낸 계산 결과를 알기 쉽게 하기 위하여, 실시예 1∼3과 비교예 1(구리선)과의 저항 R_s의 비(실시예 1∼3/비교예 1)를 나타낸 도면이다. 이 도면으로부터, 이하의 것을 알 수 있다.

실시예 1(구리 피복 알루미늄선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 저항 R_s를 최대로 약 1% 저감할 수 있었다.

실시예 2(구리 피복 스틸선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 저항 R_s를 최대로 약 7% 저감할 수 있었다.

실시예 3(구리 피복 니크롬선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 저항 R_s를 최대로 약 7% 저감할 수 있었다.

도 5는, 도 2에 나타낸 계산 결과를 알기 쉽게 하기 위하여, 실시예 1∼3과 비교예 1(구리선)과의의 D_p의 비(실시예 1∼3/비교예 1)를 나타낸 도면이다. 이 도면으로부터, 이하의 것을 알 수 있다.

실시예 1(구리 피복 알루미늄선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, D_p를 최대로 약 1% 저감할 수 있었다.

실시예 2(구리 피복 스틸선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, D_p를 최대로 약 7% 저감할 수 있었다.

실시예 3(구리 피복 니크롬선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, D_p를 최대로 약 7% 저감할 수 있었다.

도 6은, 도 3에 나타낸 계산 결과를 알기 쉽게 하기 위하여, 실시예 1∼3과 비교예 1(구리선)과의 내부 인덕턴스 L_i의 비(실시예 1∼3/비교예 1)를 나타낸 도면이다. 이 도면으로부터, 이하의 것을 알 수 있다.

실시예 1(구리 피복 알루미늄선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 내부 인덕턴스 L_i를 최대로 약 0.3% 높게 할 수 있었다.

실시예 2(구리 피복 스틸선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 내부 인덕턴스 L_i를 최대로 약 2% 높게 할 수 있었다.

실시예 3(구리 피복 니크롬선)에서는, 비교예 1(구리선)에 대하여, 내부 인덕턴스 L_i를 최대로 약 2% 높게 할 수 있었다.

(실시예 4)

외층의 단면적 비율을 75%로 한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 2층 구조 도체(구리 피복 스틸선)에 대하여, 비교예 1(구리선)에 대한, R_s의 비, D_p의 비, 및 L_i의 비를 구하였다. 결과를 도 7a에 나타낸다.

도 7a 중, 비교예 1(구리선)에 대한 R_s의 비를 「R_s(75%CS/Cu)」라고 하고, D_p의 비를 「D_p(75%CS/Cu)」라고 하고, L_i의 비를 「L_i(75%CS/Cu)」라고 기재하였다.

실시예 2에 대해서도, 비교예 1(구리선)에 대한, R_s의 비, D_p의 비, L_i의 비를 도 7a에 나타낸다.

도면 중, 비교예 1(구리선)에 대한 R_s의 비를 「R_s(25%CS/Cu)」라고 하고, D_p의 비를 「D_p(25%CS/Cu)」라고 하고, L_i의 비를 「L_i(25%CS/Cu)」라고 기재하였다.

(실시예 5)

외층의 단면적 비율을 5%로 한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 2층 구조 도체(구리 피복 스틸선)에 대하여, 비교예 1(구리선)에 대한, R_s의 비, D_p의 비, L_i의 비를 구하였다. 결과를 도 7a에 나타낸다.

도 7a 중, 비교예 1(구리선)에 대한 R_s의 비를 「R_s(5%CS/Cu)」라고 하고, D_p의 비를 「D_p(5%CS/Cu)」라고 하고, L_i의 비를 「L_i(5%CS/Cu)」라고 기재하였다.

도 7a에 나타낸 바와 같이, 주파수 영역(A1)에서는, 실시예 4(구리 피복 스틸선)의 R_s는 비교예 1(구리선)의 R_s보다 작다. 그러므로, 주파수 영역(A1)에서는, R_s에 관하여, 실시예 4는 비교예 1에 대하여 우위(優位)이다.

또한, 주파수 영역(A1)에서는, 실시예 4의 D_p는 비교예 1의 D_p보다 작으므로, D_p에 관하여, 실시예 4는 비교예 1에 대하여 우위이다.

주파수 영역(A1) 내의 영역으로서, 주파수 영역(A1)보다 좁은 주파수 영역(B1)에서는, 실시예 4의 L_i는 비교예 1의 L_i보다 크므로, L_i에 관하여, 실시예 4는 비교예 1에 대하여 우위이다.

이와 같이, 주파수 영역(A1)에서는, 실시예 4는 R_s와 D_p에 관하여 우위이며, 영역(A1)보다 좁은 주파수 영역(B1)에서는, L_i에 관해서도 우위로 된다.

도 7b에 나타낸 바와 같이, 주파수 영역(A2)에서는, 실시예 2는 R_s와 D_p에 관하여 우위이며, 영역(A2)보다 좁은 주파수 영역(B2)에서는, L_i에 관해서도 우위로 된다.

도 7c에 나타낸 바와 같이, 주파수 영역(A3)에서는, 실시예 5는 R_s와 D_p에 관하여 우위이며, 영역(A3)보다 좁은 주파수 영역(B3)에서는, L_i에 관해서도 우위로 된다.

R_s, D_p, L_i의 결과에 대해서는, 이하의 고찰을 할 수 있다.

도 8a∼도 8c는, 구리 피복 니크롬선(실시예 3, 외층의 단면적 비율 25%, 외경 1.0㎜)에, 주파수가 1kHz(도 8a), 3MHz(도 8b), 또는 10MHz(도 8c)의 전류를 흐르게 한 경우의, 구리 피복 니크롬선의 반경 방향의 전류 밀도 분포의 실부를 나타낸 도면이다.

비교예 1(구리선)에 대해서도, 마찬가지로 전류 밀도 분포를 계산하였다.

이 전류 밀도 분포는, 식(2)에 도전율을 곱하는 것에 의해 계산하였다.

도 8a에서, 1kHz에서는, 전류는 플러스의 방향으로 대략 일정하게 흐르고 있고, 구리 피복 니크롬선에서는 전류는 대략 외층(구리)으로만 흐른다. 그러므로, 구리 피복 니크롬선에서의 전류가 흐르는 실효적인 단면적이 구리선보다 작아져, 전류 분포의 치우침이 큰 것을 알 수 있다.

손실은 전류의 제곱 함수이므로, 전류 분포의 치우침이 클수록 손실이 커진다. 그러므로, 구리 피복 니크롬선은, 구리선보다 저항이 커진다.

도 8b에서, 3MHz에서는, 구리선에 흐르는 전류의 일부가 내부에서 마이너스의 방향으로 흐르고 있지만[즉, 환류(還流)가 일어나고 있지만], 구리 피복 니크롬선에서는 환류가 일어나 있지 않는 것을 알 수 있다.

구리선에서는 환류가 일어나므로, 플러스 방향의 전류는 강하게 치우치기 때문에, 구리 피복 니크롬선에 비하여, 저항이 커진다.

도 8c에서, 10MHz에서는, 구리 니크롬선의 외층에서도 환류가 일어나, 그 전류 밀도 분포는 구리선의 전류 밀도 분포에 가깝게 된다.

이들의 결과로부터, 3MHz를 포함하는 주파수 영역에서는, 구리선에 의해 환류가 일어고, 또한 외층에 상당하는 부분에 전류가 집중되므로, 구리선보다 구리 니크롬선 쪽이, 손실이 작아지는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 내층이 구리보다 도전율이 낮은 재료로 이루어지고, 외층이 구리로 이루어지는 2층 구조 도체에서는, 특정한 주파수 영역에서의 저항을, 구리선보다도 억제할 수 있다. 따라서, 코일의 Q값을 향상시킬 수 있다.

도 9a∼도 9c는, 구리 피복 니크롬선(실시예 3, 외층의 단면적 비율 25%, 외경 1.0㎜)에, 외부로부터 일정한 자계를 인가한 경우의, 외부 자계에 수직으로 도선(구리 피복 니크롬선)의 중심을 지나는 면의 와전류 밀도의 절대값을 나타낸 도면이다.

도 9a는 자계의 주파수가 500kHz인 경우, 도 9b는 자계의 주파수가 2MHz인 경우, 도 9c는 자계의 주파수가 10MHz인 경우의 와전류 밀도의 절대값을 나타낸다.

비교예 1(구리선)에 대해서도, 마찬가지로 와전류 밀도의 절대값을 계산하였다.

이 전류 밀도 분포는, 식(11)에 도전율을 곱하는 것에 의해 계산하였다.

도 9a에서, 500kHz에서는, 구리 피복 니크롬선에서의 와전류는 외층으로 흐르므로, 구리 피복 니크롬선에서의 전류 밀도 분포는, 구리선보다 강하게 치우쳐 있는 것을 알 수 있다.

도 9b에서, 2MHz에서는, 도선의 표면에서의 전류 밀도는, 구리 피복 니크롬선보다 구리선 쪽이 크므로, 구리선 쪽이, 구리 피복 니크롬선보다 전류 밀도 분포가 강하게 치우쳐 있는 것을 알 수 있다.

도 9c에서, 10MHz에서는, 구리 니크롬선의 전류 밀도 분포는 구리선의 전류 밀도 분포에 가까와지는 것을 알 수 있다.

이들의 결과로부터, 2MHz를 포함하는 주파수 영역에서는, 구리선의 와전류의 치우침이, 구리 피복 니크롬선의 와전류의 편향보다 커지므로, 구리선보다 구리 니크롬선 쪽이, 손실이 작아지는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 외층이 구리로 이루어지고, 내층이 구리보다 도전율이 낮은 재료(체적 저항률이 높은 재료)로 구성되는 2층 구조 도체에서는, 특정한 주파수 영역에서의 와전류 손해를, 구리선보다 억제할 수 있다.

(실시예 6∼8)

외경 0.1㎜, 1.0㎜, 또는 3.2㎜의 2층 구조 도체인 구리 피복 알루미늄선(실시예 6), 구리 피복 스틸선(실시예 7), 구리 피복 니크롬선(실시예 8)에 있어서, 저항 R_s가 구리선의 저항 R_s보다 작아지는 주파수 영역을 시뮬레이션에 의해 구하였다.

외층의 단면적 비율은, 5%, 15%, 25%, 50%로 하였다.

상기 주파수 영역의 하한값과 상한값을 도 10a∼10c에 나타낸다.

도 10a∼10c는, 각각 외경 0.1㎜, 1.0㎜, 및 3.2㎜인 경우의 결과이다.

도 10a∼10c에 나타낸 바와 같이, 외층(구리)의 단면적 비율이 변경되면, 2층 구조 도체의 R_s가 구리선의 R_s보다 작아지는 주파수 영역이 변화한다. 그러므로, 외층(구리)의 단면적 비율을 조정함으로써, 넓은 주파수 영역에서, 구리선보다 2층 구조 도체의 저항을 저감할 수 있다. 따라서, 코일의 Q값을 향상시킬 수 있다.

구리 피복 알루미늄선(실시예 6), 구리 피복 스틸선(실시예 7), 구리 피복 니크롬선(실시예 8)에 있어서, R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p가 구리선의 D_p보다 작아지는 주파수 영역을 시뮬레이션에 의해 구하였다.

상기 주파수 영역의 하한값과 상한값을 도 11a∼11c에 나타낸다.

도 11a∼도 11c는, 각각 외경 0.1㎜, 1.0㎜, 및 3.2㎜인 경우의 결과이다.

도 11a∼11c에 나타낸 바와 같이, 외층(구리)의 단면적 비율이 변경되면, 2층 구조 도체의 R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 2층 구조 도체의 D_p가 구리선의 D_p보다 작아지는 주파수 영역이 변화한다. 그러므로, 외층(구리)의 단면적 비율을 조정함으로써, 넓은 주파수 영역에서, 구리선보다 2층 구조 도체의 저항 및 근접 효과를 저감할 수 있다. 따라서, 코일의 Q값을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

구리 피복 알루미늄선(실시예 6), 구리 피복 스틸선(실시예 7), 구리 피복 니크롬선(실시예 8)에 있어서, R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p가 구리선의 D_p보다 작고, 또한 내부 인덕턴스 L_i가 구리선의 내부 인덕턴스 L_i보다 커지는 주파수 영역을 시뮬레이션에 의해 구하였다.

상기 주파수 영역의 하한값과 상한값을 도 12a∼12c에 나타낸다.

도 12a∼도 12c는, 각각 외경 0.1㎜, 1.0㎜, 및 3.2㎜인 경우의 결과이다.

도 12a∼12c에 나타낸 바와 같이, 외층(구리)의 단면적 비율이 변경되면, R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p가 구리선의 D_p보다 작고, 또한 L_i가 구리선의 L_i보다 커지는 주파수 영역이 변화한다.

그러므로, 외층(구리)의 단면적 비율을 조정함으로써, 넓은 주파수 영역에서, 구리선보다 2층 구조 도체의 저항 및 근접 효과를 저감하고, 또한 내부 인덕턴스를 크게 할 수 있다.

따라서, 코일의 Q값을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

표 1∼표 3은, 구리 피복 알루미늄선(실시예 6), 구리 피복 스틸선(실시예 7), 구리 피복 니크롬선(실시예 8)에 대하여, (1) 저항 R_s가 구리선의 저항 R_s보다 작아지는 주파수 영역의 하한값과 상한값, (2) R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p가 구리선의 D_p보다 작아지는 주파수 영역의 하한값과 상한값, (3) R_s가 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p가 구리선의 D_p보다 작고, 또한 내부 인덕턴스 L_i가 구리선의 내부 인덕턴스 L_i보다 커지는 주파수 영역의 하한값과 상한값을 나타낸다.

2층 구조 도체의 R_s, D_p, L_i가 구리선의 R_s, D_p, L_i와는 상이한 것은, 도전율이 낮은 내층에는 전류가 흐르기 어려우므로, 표피 효과에 의한 전류 분포가, 2층 구조 도체와 구리선에서 상이하기 때문이다.

전술한 주파수 영역의 하한 주파수 및 상한 주파수는, 기준으로 되는 구리선에서의 표피 두께 δ[m]에 관련지어 정할 수 있다.

「기준으로 하는 구리선」은, 순동으로 이루어지는(순동만으로 형성되는) 도체부를 가진다. 구리선은, 2층 구조 도체와 같은 선 직경이 바람직하지만, 상이한 선 직경이라도 된다.

도 13에, 2층 구조 도체의 R_s가 구리선의 R_s보다 낮아지는 주파수 영역의 하한 주파수 및 상한 주파수에서의, 구리선의 표피 두께 δ 및 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t 및 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와의 상관 관계를 나타낸다.

이들의 결과에 대하여 1차 함수로 회귀(回歸) 분석을 행했던 바, 도 13에 나타낸 회귀 분석 직선이 얻어졌다. 실선은 하한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이며, 파선(破線)은 상한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이다.

구리선에서의 표피 두께 δ[m]는, 이하의 식(18)로 표현된다.

δ=√2/ωσμ) (18)

(ω: 전류의 각 주파수(=2πf), μ: 구리선의 투자율[H/m], σ: 구리선의 도전율[Ω^―1 m^―1], f: 주파수[Hz])

상기 하한 주파수일 때, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t는, 구리선의 표피 두께 δ의 0.92배로 되고, 상기 상한 주파수일 때, 두께 t는 표피 두께 δ의 0.37배로 되었다.

그러므로, 외층(구리)의 두께 t[m]가 이하의 식(19)의 범위에 있을 때, 2층 구조 도체의 R_s는 구리선의 R_s보다 낮아진다. 따라서, 코일의 Q값을 향상시킬 수 있다.

1.1δ<t<2.7δ (19)

식(18)에서, 구리의 도전율을 5.8×10⁷[Ω^―1·m^―1], 구리의 투자율을 진공의 투자율과 같은 4π×10^―7[H/m]로 두면, 식(19)에서 부여되는 t[m]는 주파수 f[Hz]에 의존하는 관계식으로서, 이하의 식(20)과 같이 표현된다.

86×10^―3×f^―0.5<t<178×10^―3×f^― ^0.5 (20)

도 14에, 2층 구조 도체의 R_s가 구리선의 R_s보다 낮아지고, 또한 2층 구조 도체의 D_p가 구리선의 D_p보다 작아지는 주파수 영역의 하한 주파수 및 상한 주파수에서의, 구리선의 표피 두께 δ와 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t와 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와의 상관 관계를 나타낸다.

이들의 결과에 대하여 1차 함수로 회귀 분석을 행했던 바, 도 14에 나타낸 회귀 분석 직선이 얻어졌다. 실선은 하한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이며, 파선은 상한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이다.

상기 하한 주파수일 때, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t는, 구리선의 표피 두께 δ의 0.76배로 되고, 상기 상한 주파수일 때, 두께 t는 표피 두께 δ의 0.37배로 되었다.

그러므로, 외층(구리)의 두께 t[m]가 이하의 식(21)의 범위에 있을 때, 2층 구조 도체의 R_s는 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p는 구리선의 D_p보다 작아진다. 따라서, 코일의 Q값을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

1.3δ<t<2.7δ (21)

식(18)에서, 구리의 도전율을 5.8×10⁷[Ω^―1·m^―1], 구리의 투자율을 진공의 투자율과 같은 4π×10^―7[H/m]로 두면, 식(21)에서 부여되는 t[m]는 주파수 f[Hz]에 의존하는 관계식으로서, 이하의 식(22)와 같이 표현된다.

86×10^―3×f^―0.5<t<178×10^―3×f^― ^0.5 (22)

도 15에, 2층 구조 도체의 R_s가 구리선의 R_s보다 낮아지고, 또한 2층 구조 도체의 D_p가 구리선의 D_p보다 작아지고, 또한 L_i가 구리선의 L_i보다 커지는 주파수 영역의 하한 주파수 및 상한 주파수에서의, 구리선의 표피 두께 δ와 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t와 2층 구조 도체의 반경 r₂의 비와의 상관 관계를 나타낸다.

이들 결과에 대하여 1차 함수로 회귀 분석을 행했던 바, 도 15에 나타낸 회귀 분석 직선이 얻어졌다. 실선은 하한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이며, 파선은 상한 주파수에 대한 회귀 분석 직선이다.

상기 하한 주파수일 때, 2층 구조 도체의 외층(구리)의 두께 t는, 구리선의 표피 두께 δ의 0.51배로 되고, 상기 상한 주파수일 때, 두께 t는 표피 두께 δ의 0.37배로 되었다.

그러므로, 외층(구리)의 두께 t[m]가 이하의 식(23)의 범위에 있을 때, 2층 구조 도체의 R_s는 구리선의 R_s보다 작고, 또한 D_p는 구리선의 D_p보다 작아지고, 또한 L_i는 구리선의 L_i보다 커진다. 따라서, 코일의 Q값을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

2.0δ<t<2.7δ (23)

식(18)에서, 구리의 도전율을 5.8×10⁷[Ω^―1·m^―1], 구리의 투자율을 진공의 투자율과 같은 4π×10^―7[H/m]로 두면, 식(23)에서 부여되는 t[m]는 주파수 f[Hz]에 의존하는 관계식으로서, 이하의 식(24)와 같이 표현된다.

132×10^―3×f^―0.5<t<178×10^―3×f^― ^0.5 (24)

일반적으로, 케이블이나 코일에 흐르는 전류의 주파수는, 그것이 사용되는 기기 등의 외부적인 요인에 의해 결정된다. 사용되는 기기는, 예를 들면, 유도 가열 장치, 비접촉 급전(給電) 장치, 플라즈마 발생 장치, 스위칭 전원, 마이크로파 필터, 안테나나, 거기에 부수되는 설비 등을 들 수 있다.

주파수가 결정되었을 때, 도선의 굵기는 사이즈적인 요인이나, R_s와 D_p의 밸런스 등에 의해 결정된다. 또한, 주파수와 도선의 굵기가 정해지면, 외층(구리)의 두께 및 단면적 비율을 식(19)에 따라 선택함으로써, 구리선보다 저항을 저감할 수 있다.

근접 효과의 영향을 무시할 수 없는 경우에는, 식(21)에 따라 외층(구리)의 두께 및 단면적 비율을 선택함으로써, 구리선보다 저항과 근접 효과를 모두 저감할 수 있다.

또한, 코일의 Q값을 크게 하는 경우에는, 식(23)에 따라 외층(구리)의 두께 및 단면적 비율을 선택함으로써, 코일의 소비 전력에 대한 피상(皮相) 전력을 크게 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 전선은, 외층이 구리이며, 내층이 구리보다 도전율이 낮은 재료(체적 저항률이 높은 재료. 예를 들면, 구리보다 도전율이 낮은 금속 또는 절연체)로 이루어지는 구조를 가지면 되고, 내층의 구성 재료는, 예시한 재료에 한정되지 않는다.

도 18은, 전선(10)의 변형예인 전선(10A)을 나타낸다. 전선(10A)은, 도체부(11)의 외주면[외층(2)의 외주면]에, 도체부(11)의 외주면을 피복하는 절연 피복층(3)이 형성되어 있다. 절연 피복층(3)은, 전선(10A)의 최외층이다.

절연 피복층(3)은, 폴리에스테르나, 폴리우레탄, 폴리이미드, 포리에스테르이미드, 폴리아미드이미드 등의 에나멜 도료를 도포함으로써 형성할 수 있다. 에나멜 도료에 의해 절연 피복층(3)을 형성한 전선(10A)은, 에나멜선이다.

(리츠선)

도 19는, 도 18에 나타낸 전선(10A)을 사용한 리츠선의 예인 리츠선(60)을 나타낸다. 리츠선(60)은, 전선(10A)을 복수 개 묶어 꼬아 합하는 것에 의해 구성되어 있다.

(케이블)

도 20은, 리츠선(60)에 절연 피복이 행해진 케이블의 예인 케이블(80)을 나타낸다. 케이블(80)은, 리츠선(60)의 외주면에, 폴리에틸렌 등으로 형성되는 절연 피복층(81)이 형성되어 있다.

(고주파용 코일)

도 21은, 도 18에 나타낸 전선(10A)을 사용한 코일(고주파용 코일)의 예인 코일(70)을 나타낸다. 코일(70)은, 전선(10A)과, 보디부(71) 및 그 양단에 형성된 플랜지부(flange portion)(72)를 가지는 지지체(73)를 구비한다.

전선(10A)은, 보디부(71)에 권취되어 있다.

코일(70)에서는, 전선(10A) 대신에, 도 19에 나타낸 리츠선(60)을 사용해도 되고, 케이블(80)을 사용해도 된다.

(실시예 9)

구리 피복 알루미늄선(외층의 단면적 비율 25%, 외경 1.8㎜)을 사용하여 코일(권취수 3)을 제작하고, 교류 저항을 측정하였다. 결과를 도 22에 나타낸다.

비교를 위하여, 단층 구조의 구리선에 대해서도 동일한 계산을 행하였다(비교예 2).

도면 중, 구리 피복 알루미늄선을 「CA」라고 기재하고, 구리선을 「Cu」라고 기재하였다. R_s의 비(구리 피복 알루미늄선/구리선)를 「CA/Cu)」라고 했다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 주파수 영역(A4)에 있어서, 실시예 9(구리 피복 알루미늄선)의 R_s가 비교예 2(구리선)의 R_s를 하회(下回)하고, R_s의 비(구리 피복 알루미늄선/구리선)(CA/Cu)가 1보다 작게 되었다.

(실시예 10)

구리 피복 스틸선(외층의 단면적 비율 25%, 외경 2.0㎜)을 사용하여 코일(권취수 1)을 제작하고, 교류 저항을 측정하였다. 결과를 도 23에 나타낸다.

도면 중, 구리 피복 스틸선을 「CS」라고 기재하고, 구리선을 「Cu」라고 기재하였다. R_s의 비(구리 피복 스틸선/구리선)를 「CS/Cu)」라고 했다.

도 23에 나타낸 바와 같이, 주파수 영역(A5)에 있어서, 실시예 10(구리 피복 스틸선)의 R_s가 비교예 2(구리선)의 R_s를 하회하고, R_s의 비가 1보다 작게 되었다.

<고주파용 전선의 제조 방법>

다음에, 전선(10)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

예를 들면, 알루미늄 합금이나, 스틸, 니크롬 합금 등으로 이루어지는 내층체의 표면에, 구리 테이프를 세로 랩핑(longitudinal lapping)하여 TIG 용접 또는 플라즈마 용접 등을 행함으로써, 내층체의 외주면에 구리로 이루어지는 외층을 형성하고 모재(母材)로 한다. 이 모재를 복수 단(段; step)의 선 신장 다이스(wire of drawing dice)를 통해 선을 신장함으로써, 내층(1)과 외층(2)을 가지는 전선(10)을 얻을 수 있다.

또한, 범용의 조관(造管) 방법에 의해 제작된 구리관에, 알루미늄 합금 등으로 형성되는 내층체를 삽통(揷通)하여 얻어진 모재를, 복수 단의 선 신장 다이스에 의해 선을 신장함으로써, 내층(1)과 외층(2)을 가지는 전선(10)을 얻을 수 있다.

외층(2)은, 내층(1)의 외주면에 구리 도금에 의해 형성해도 된다.

그리고, 여기에 나타내는 제조 방법은 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태에 관한 고주파용 전선은, 여기에 예시한 방법 이외의 제조 방법에 의해 제조할 수도 있다.

전술한 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 특정하는 것이 아니다. 본 발명은, 내층, 외층에 더하여 제3층을 가지는 구조를 배제하지 않는다. 또한, 전술한 1차 함수에서의 회귀 분석에는 최소 제곱법을 채용해도 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명의 고주파용 전선 및 고주파용 코일은, 고주파 변압기, 모터, 반응 장치, 초크 코일, 유도 가열 장치, 자기 헤드, 고주파 급전 케이블, DC 전원 유닛, 스위칭 전원, AC 어댑터, 와전류 검출 방식 등의 변위 센서·탐상(探傷) 센서, IH쿠킹 히터, 코일, 급전 케이블 등의, 비접촉 급전 장치 또는 고주파 전류 발생 장치 등의 각종 장치의 제조업을 포함하는 전자 기기 산업에 이용 가능하다.

1: 내층, 2: 외층, 10: 고주파용 전선(전선), 11: 도체부, 60: 리츠선, 70: 고주파용 코일.

Claims

구리보다 도전율(導電率)이 낮은 재료로 형성되는 내층과, 상기 내층을 피복하고 또한 구리로 형성되는 외층을 구비한 도체부(導體部)를 가지는 고주파용 전선으로서,
상기 고주파용 전선이 사용되는 교류 전류의 주파수의 범위에 있어서, 순동(純銅)으로 이루어지는 도체부를 구비하는 구리선에서의 표피 두께 δ[m]를 δ=√2/ωσμ)라고 규정한 경우에, 상기 외층의 두께 t[m]는, 1.1δ<t<2.7δ을 만족시키고, 여기서, 상기 ω는 2πf로 표현되는 전류의 각 주파수, 상기 μ는 구리선의 투자율(透磁率)[H/m], 상기 σ는 구리선의 도전율[Ω^― ¹ m^―1], 상기 f는 주파수[Hz]인,
고주파용 전선.
제1항에 있어서,
상기 외층의 두께 t는, 1.3δ<t<2.7δ을 만족시키는, 고주파용 전선.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외층의 두께 t는, 2.0δ<t<2.7δ을 만족시키는, 고주파용 전선.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체부의 외주면(外周面)에, 절연 피복층이 형성되는, 고주파용 전선.
제4항에 기재된 고주파용 전선을 구비하는, 고주파용 코일.
복수 개 꼬아 합쳐진 제4항에 기재된 고주파용 전선을 구비하는, 리츠선(litz wire).
절연 피복이 행해진 제6항에 기재된 리츠선을 구비하는, 케이블.
제6항에 기재된 리츠선 또는 제7항에 기재된 케이블을 구비하는, 코일.