(57)【要約】【課題】コンパクトで生産性の良い平角線平巻多重コイル及びその製造方法を提供すること。【解決手段】平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルが、平角絶縁電線の旋回方向同一であり、平角絶縁電線の導体断面積及び又は巻数が異なり、各段の前記単層コイルの両端の巻数が同一のもの同士のリードを並列に接続し、２段以上密着して重なる多重コイル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルが、２段以上密着して重なる多重コイル。
【請求項２】
請求項１の多重コイルの各段の単層コイルは、平角絶縁電線の旋回方向同一である多重コイル。
【請求項３】
各段の単層コイルの平角絶縁電線の導体断面積及び又は巻数が異なる請求項１又は２に記載の多重コイル。
【請求項４】
各段の前記単層コイルの巻数が同一のもの同士の両端のリードを並列に接続した請求項１から３のいずれかに記載の多重コイル。
【請求項５】
前記平角絶縁電線が自己融着電線であり、固着処理された請求項１から４のいずれかに記載の多重コイル。
【請求項６】
前記平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルを巻芯とし、軸方向に整列平巻して単層コイルを巻重ねることを繰り返す請求項１から５のいずれかに記載の多重コイル製造方法。
【請求項７】
前記平角絶縁電線を２本以上同時に、巻芯の軸方向に整列平巻し、単層コイルを２段以上同時に形成する請求項１から５のいずれかに記載の多重コイル製造方法。
【請求項８】
請求項１から５に記載の多重コイルを用いた電磁コイル。
【請求項９】
請求項１から５に記載の多重コイルを用いた変圧器。
【請求項１０】
請求項１から５に記載の多重コイルを用いた電機子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平角線平巻多重コイル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機器のデジタル化やスイッチング技術が急速に進んでいる。デジタル化したために回路から発生するノイズ除去や電圧の平滑用に、小型、大電流で損失の少ないインダクタであるコイルが求められている。
【０００３】
これらのコイルは目的によって、プリント基板に直接実装されるものがある。この場合、特に電源回路等に使用されるコイルは、インダクタンス分をおさえて狭い空間に大きな電流を流す必要があり、図９に示すような平角電線を用いた縦巻（エッジワイズ）コイルが用いられることが多かった。
【０００４】
しかし、平角電線を用いた縦巻コイルでは、図１０に示すような理想的なコイル断面形状にはならず、図１１に示すような断面形状となっていた。
【０００５】
その結果、具体的には下記のような問題があった。（１）平角絶縁電線の外周は大きな歪力を受ける。（２）平角絶縁電線のコイル外径側では過度に伸ばされ金属組織は崩れ、長方形の断面形状の線材は、三角または台形形状に変形し、断面積も縮小する。（３）コイル外径側での線材間に隙間が発生する。（４）強引に伸ばされた線材は金属の加工硬化や金属の格子欠陥を発生させ、導電率が低下する。
【０００６】
このようにして、コイルが取る体積にしめる導体の密度が低くなるので、線材の導電率が下がりコイル抵抗は増大する。
【０００７】
また、作業上も下記の問題があった。（５）巻線時の線材の倒れこみが発生し、コイル形状や静電容量や電気抵抗値などの電気特性のばらつきが大きくなる。（６）平角絶縁電線が伸張するときは、絶縁皮膜も伸び薄くなり、絶縁性能が低下したり、絶縁皮膜が損傷することもあった。
【０００８】
また、コイル内径の小さいコイルには適応不能など設計の自由度が極めて小さく、平角絶縁電線の縦横比が大きく出来ないため、小径コイルの導体断面積を大きく出来ない。などの問題もあった。
【０００９】
従来技術では、平角線を縦巻電磁コイルで、巻き方向の異なる縦巻コイルを積層状になるように組み込んだ巻き数の多いものが提案されている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００７−１８８９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような問題を解決して、コンパクトで生産性の良い平角線平巻多重コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻し、巻始め線同士、巻終わり線同士を接続することの有用性を見出し、下記の発明を完成するに至った。
【００１２】
（１）  平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルが、２段以上密着して重なる多重コイル。
【００１３】
（１）の発明に係る多重コイルは、平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルが２段以上密着して重ねられている。ここで、平巻とは、平角絶縁電線を平角の断面が形成する長方形の長い方を巻芯の軸方向に合わせて巻くことを言う。いわゆる縦巻きが平角絶縁電線を平角線（長方形）の長手方向が巻芯に直角になるようにセットして巻くのに対して９０度角度を変えて平角絶縁電線をセットして巻く巻き方である。また、整列とは一つの層で重なり合わないように密接して巻くことを言う。
【００１４】
このような構成をとることにより、従来の縦巻きのコイルで問題となっていた上記の「（１）平角絶縁電線の外周は大きな歪力を受ける。（２）平角絶縁電線のコイル外径側では過度に伸ばされ金属組織が崩れその部分の固有抵抗値が高くなり、長方形の断面形状の線材は、三角または台形形状に変形し、断面積も縮小する。（３）コイル外径側での線材間に隙間が発生する。（４）強引に伸ばされた線材は金属の加工硬化や金属の格子欠陥を発生させ、導電率が低下する。（５）巻線時の線材の倒れこみが発生し、コイル形状や静電容量や電気抵抗値などの電気特性のばらつきが大きくなる。」等の問題を解決することが出来る。
【００１５】
（２）  （１）の多重コイルの各段の単層コイルは、平角絶縁電線の旋回方向同一である多重コイル。
【００１６】
（２）の発明に係る多重コイルは、各段の単層コイルは、平角絶縁電線の旋回方向が同一である。旋回方向が同一であるので、各単層コイルによる磁束の発生方向が同一であり、このような構成を採ることにより、上記で説明した問題を解決して電流容量の大きなコイルを提供することが出来る。
【００１７】
（３）  各段の単層コイルの平角絶縁電線の導体断面積及び又は巻数が異なる（１）又は（２）に記載の多重コイル。
【００１８】
（４）  各段の前記単層コイルの巻数が同一のもの同士の両端のリードを並列に接続した（１）から（３）のいずれかに記載の多重コイル。
【００１９】
（５）平角絶縁電線が自己融着電線であり、固着処理された（１）から（４）のいずれかに記載の多重コイル。
【００２０】
（３）から（５）の発明に係る多重コイルは、各段の単層コイルの平角絶縁電線の導体断面積が異なる線を用いて単層コイルの両端のリードを並列に接続したことを特徴とする。並列に接続することにより電流容量の大きな多重コイルを作ることが出来る。しかしながら、内周の層と外周の層では一周の長さが異なる。したがって、同一の平角絶縁電線を並列に接続した場合は、内周の方が抵抗小さく、外周のほうが大きくなる。その結果、並列に接続しても多重コイルの性能は一番内周のコイルに電流が多く流れる。また、一番内周であるので放熱が悪く温度が上昇する。したがって、多重コイルの性能が一部の層の性能に左右される。
【００２１】
この点を解決するために、内側の段の単層コイルの導体断面積が外側の段の単層コイルの導体断面積より等しいか大きく設定することが望ましい。また、用途によっては、抵抗値とインダクタンスの値と放熱係数を参照し、平角絶縁電線のコストを考慮して適切に組み合わせを選択することが望ましい。
【００２２】
（６）  前記平角絶縁電線を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルを巻芯とし、軸方向に整列平巻して単層コイルを巻重ねることを繰り返す（１）から（５）のいずれかに記載の多重コイル製造方法。
【００２３】
（７）  前記平角絶縁電線を２本以上同時に、巻芯の軸方向に整列平巻し、単層コイルを２段以上同時に形成する（１）から（５）のいずれかに記載の多重コイル製造方法。
【００２４】
（６）と（７）の発明は、本発明の多重コイルの製造方法に関する発明であり、電流容量の大きな多重コイルをよく製造することが出来る。
【００２５】
（８）  （１）から（５）のいずれかに記載の多重コイルを用いる電磁コイル。
【００２６】
（９）  （１）から（５）のいずれかに記載の多重コイルを用いる変圧器。
【００２７】
（１０）  （１）から（５）に記載の多重コイルを用いた電機子。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電流容量が大きく、耐久性に優れ、電気的安全性が良く、かつコンパクトな多重コイルを提供することができる。また、電流容量が大きく耐久性に優れ、電気的安全性が良く、かつコンパクトな多重コイルを用いた電磁コイル、変圧器、電機子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００３０】
［第１の実施例］
第１の実施例は、並列に接続された多重コイルである。図１は、本発明の一実施形態に係る並列に接続された多重コイルの正面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る多重コイルの正面図（ａ）とその断面図（ｂ）である。図３は、本発明の一実施形態に係る平角線平巻多重コイル用巻枠の３面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る平角線平巻多重コイルの製造方法を示す概念図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明に係る並列に接続された多重コイル１は、平角絶縁電線１０を巻芯の軸方向に整列平巻した単層コイルが、２段以上密着して重なる巻回した巻線層を２つ以上備えた多重コイルであり、各層毎にコイル端部のリード線８、１２、１４、１６・・・ともう一方のコイル端部のリード線１１、１３、１５、１７・・・が導出されている。各層毎のコイルの端部から導出され線は、図１のように両端（３０、４０）で並列に接続され、端子５０と端子６０に接続されている。
【００３２】
並列に接続された多重コイル１は、図３に示す平角線平巻多重コイル用巻枠７０の上に断面が円形の平角絶縁電線１０を巻くことにより製作することができる。平角線平巻多重コイル用巻枠７０は、一方の側壁には平角絶縁電線１０を通すことができる切欠き８１と、切欠き８２と、その間に平角絶縁電線１０を反転することができる突起部８０を設けている。同様に反対側の側壁には、図２に示すように平角絶縁電線１０を通すことができる切欠き９１と、切欠き９２と、その間に平角絶縁電線１０を反転することができる突起部９０を設けている。平角線平巻多重コイル用巻枠７０は、巻き線後製品として使う場合は、絶縁物により製作することが望ましい。巻き線後製品として使わない場合は、絶縁物でなく金属で製作し、巻き線後、平角線平巻多重コイルから取り外すようにしても良い。
【００３３】
平角線平巻多重コイル用巻枠７０に平角絶縁電線１０を上記で説明したように整列巻きに巻線をする。巻線の具体的な方法について図４にしたがって説明する。平角線平巻多重コイル製造装置はスピンドル２１０を回転させることができる駆動部と制御部と（以上図示せず）平角絶縁電線１０を供給するガイド部２２０とを有する。
【００３４】
図４の（１）に示す状態に平角線平巻多重コイル用巻枠７０をスピンドル２１０にセットし、ガイド部２２０には使用しようとする平角絶縁電線１０をスピンドル２１０の回転に従い供給できるようにセットする。また、平角絶縁電線１０を平角線平巻多重コイル用巻枠７０の切欠き９１に引っ掛けて固定する。
【００３５】
この状態で図４の（２）、（３）に示すように、スピンドル２１０を一方向に回転させるとともにガイド部２２０を回転に連動して整列平巻となるような速度で平行に移動させて第１層の巻線をおこなう。このようにして平角線平巻多重コイル用巻枠７０の側壁まで巻き終わると図４の（４）に示すように駆動部の回転を一時停止して、平角線平巻多重コイル用巻枠７０の側壁の切欠き８２を通して外部に導出し、突起部８０で線材を折り返えす。
【００３６】
図４の（５）の状態で図のようにガイド部２２０を元の位置に戻す。戻した後、平角絶縁電線１０を平角線平巻多重コイル用巻枠７０の切欠き９１に引っ掛けて固定する。そして図４の（６）、（７）に示すように、スピンドル２１０を一方向に回転させるとともにガイド部２２０を回転に連動して整列平巻となるような速度で平行に移動させて第２層の巻線をおこなう。このようにして平角線平巻多重コイル用巻枠７０の側壁まで巻き終わると図４の（８）に示すように駆動部の回転を一時停止して、平角線平巻多重コイル用巻枠７０の側壁の切欠き８２を通して外部に導出する。
【００３７】
この動作を繰り返して、第３層を巻き（図４（９）参照）、以降必要な層数まで巻く。
巻線後、平角絶縁電線１０の隣接間を固着してから平角線平巻多重コイル用巻枠を取り外す。平角絶縁電線１０として自己融着性平角絶縁電線を使用することが望ましい。巻枠を取り外した後、各層間を渡っていた線の絶縁を除去して図１に示すように並列に接続する。具体的には並列接続線３０と４０を設け、それぞれを端子５０と端子６０に接続をする。
【００３８】
以上の様な構成の平角線平巻多重コイルは、従来の縦巻きのコイルで問題となっていた「（１）平角絶縁電線の外周は大きな歪力を受ける。（２）平角絶縁電線のコイル外径側では過度に伸ばされ金属組織が崩れその部分の固有抵抗値が高くなり、長方形の断面形状の線材は、三角または台形形状に変形し、断面積も縮小する。（３）コイル外径側での線材間に隙間が発生する。（４）強引に伸ばされた線材は金属の加工硬化や金属の格子欠陥を発生させ、導電率が低下する。（５）巻線時の線材の倒れこみが発生し、コイル形状や静電容量や電気抵抗値などの電気特性のばらつきが大きくなる。」等の問題を解決することが出来る。
【００３９】
また、整列平巻となっているので一つ層の個々の隣接する巻き線に加わる電圧は、並列に接続されたコイルの間に加わる電圧を一つ層の巻き数で除した電圧となる。また、個々の隣接する巻き線に加わる電圧は、ほぼゼロに近い値となる。これらの層が並列に接続されているからである。
【００４０】
このようにして、平角絶縁電線を使用して、電流容量の大きく絶縁性に優れ、かつコンパクトな平角線平巻多重コイルを提供し、この多重コイルを用いた電流容量の大きくコンパクトな電磁コイル、電機子を提供することができる。
【００４１】
なお、本発明の平角線平巻多重コイルは図５、図６に示すように、平角絶縁電線を２本以上同時に、巻芯の軸方向に整列平巻することにより製作することも出来る。また、図６のように多重コイルの引き出しを両側に引き出すことも出来る。
【００４２】
［第２の実施例］
第２の実施例の多重コイル１００は各段の単層コイルの平角絶縁電線の導体断面積が異なる。図７に示すように、多重コイル１００の内側と外側では厚みがｄ１とｄｎであり異なる。このようにしたのは、外周の単層コイルの方の長さが長いので抵抗値が大きくなる。このため、並列に接続した場合に内周と外周では抵抗値が異なるために抵抗値の小さな内周に多くの電流が流れる。さらに、内周の方の放熱が悪いので、熱が内部にこもる。
【００４３】
この現象を是正するために外部に巻く線の導体断面積を大きくしたのが、図７に示す例である。図７の例にように、平巻される長方形の長さ方向は同一とし、厚みのみを変えて
断面積を調整するのが作業性の面で望ましい。しかし、これに限られるものではない。
【００４４】
このように、構成することにより、局部的に過熱することを防止した多重コイルを提供することができる。
【００４５】
［第３の実施例］
第３の実施例の多重コイル２００は各段の単層コイルの平角絶縁電線の導体断面積と巻数が異なる。図８に示すように、多重コイル２００の内側と外側では長さがｌ１とｌｎであり異なるので、導体断面積も異なる。また、図８に示すように巻数も異なる。
【００４６】
また、図８に示すように、各段の前記単層コイルの両端の巻数が同一のもの同士のリードを並列に接続している。つまり、巻数の多いコイル同士を並列に接続して端子２５０と２６０とに接続されている。また、巻数の少ないコイル同士を並列に接続して端子２７０と２８０とに接続されている。
【００４７】
このように構成することにより電流容量の大きな変圧器と使用することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る並列に接続された平角線平巻多重コイルの正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る並列に接続された平角線平巻多重コイルの正面図と断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る平角線平巻多重コイル用巻枠の３面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る平角線平巻多重コイル製造方法の動作を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る平角線平巻多重コイル製造方法を示す概念図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る並列に接続された平角線平巻多重コイルの斜視図である。
【図７】本発明の別の一実施形態に係る並列に接続された平角線平巻多重コイルの正面図と断面図である。
【図８】本発明の別の一実施形態に係る並列に接続された平角線平巻多重コイルの正面図と結線図である。
【図９】従来の縦巻コイルの斜視図である。
【図１０】理想的な縦巻コイルの断面図である。
【図１１】実際の縦巻コイルの断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  平角絶縁電線
５０  端子
６０  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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