(57)【要約】【課題】  平角線を縦方向に巻く通称エッジワイズコイルの欠点を無くし占積率を向上して、表皮効果をより高める。【解決手段】  導体からなる線材が絶縁物によって被覆された電線２ａ〜２ｅを用いる。電線２ａ〜２ｅが巻きの外側に向けた方向に５本重ねられている。このように重ねられた電線２ａ〜２ｅが、５本同時に巻軸１１を中心にして整列して巻かれコイル１が構成されている。表皮効果により、電線２ａ〜２ｅのそれぞれの導体の表面に電流が流れる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる線材が絶縁物によって被覆された電線が軸を中心にして巻かれているコイルにおいて、複数本の前記電線が巻きの外側に向けた方向に重ねられ、このように重ねられた状態の前記複数本の電線が軸を中心にして前記軸方向に整列して巻かれていることを特徴とするコイル。
【請求項２】
前記線材の断面形状が概略正方形である請求項１記載のコイル。
【請求項３】
前記線材の断面形状が、概略長方形または円形である請求項１記載のコイル。
【請求項４】
複数の異なった断面形状の線材を用いた請求項１記載のコイル。
【請求項５】
複数の異なった材質の線材を用いた請求項１から４のうちの何れか１項に記載のコイル。
【請求項６】
重ねられた前記複数本の電線がその端部において前記線材同士を前記絶縁物を除いて結線することにより結合されている請求項１から５のうちの何れか１項に記載のコイル。
【請求項７】
前記結線手段はハンダ付けである請求項６記載のコイル。
【請求項８】
前記線材は、銅、アルミニウムなどの電流を通す金属を主成分とする導体からなっている請求項１から６のうちの何れか１項に記載のコイル。
【請求項９】
導体からなる線材が絶縁物によって被覆された電線を用い、前記電線に対して張力を与えながら軸を中心にして巻いていくに当たり、複数本の前記電線を巻きの外側に向けた方向に重ね、このように重ねた複数本の前記電線のそれぞれに対してそれぞれに張力を与えながら、前記複数本の電線の全部を同時に、重ねた状態のまま軸を中心にして前記軸方向にずらしながら整列して巻いて行くことを特徴とするコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、平角線を縦方向に巻く通称エッジワイズコイルの欠点を無くし占積率を向上して、表皮効果をより高めたコイルおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導体からなる線材（導線）と、前記線材の周囲を被覆する絶縁物とからなるコイル用電線（以下、コイル用電線を「電線」という）を、螺旋状等に整列して巻いた電気回路部品としてコイルが広く用いられている。電線の導体中に電流を流して磁界を発生させる場合においては、導体を流れる電流が高周波になればなるほど、電流は導体の表面を流れることは表皮効果としてよく知られている。
【０００３】
従来からこの表皮効果を利用して、断面形状が円形の線材（以下、「丸線」という）を用いた電線の替りに、丸線よりも表面長さが長くて断面形状が概略長方形の線材（以下、「平角線」という）を用いた電線が作られ、種々のサイズによって利用されている。
【０００４】
更に、この平角線の電線を用いたコイルでは、コイルにおける占積率をあげるため、図１２〜１４に示す、いわゆる縦巻きが従来から実施されている。図１２は、平角線を用いた電線からなるコイルを示す平面図、図１３は、図１２のＥ矢視図、図１４は、図１２のＢ−Ｂ線断面図である。平角線を用いた電線４による縦巻きは、図１２〜１４に示すように、平角線の断面を形成する長方形の、図１３に示す横方向の短辺Ｆが属する面を巻きの内側にしてコイルに巻く方法である（通称、エッジワイズ巻、以下、「縦巻き」という）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に示す縦巻きの場合には、平角線の断面の長方形のサイズによっては、コイルに巻くときの曲率、すなわち、導体の曲がりの度合が限定される問題がある。更に、コイルの曲がり部（Ｒ形状箇所）にコイルの変形が生じる問題がある。
【０００６】
また、上記のような平角線を用いた電線をコイルに巻くときに縦巻きをすると、平角線のサイズによっては巻力（線の張力）が非常に大きくなり、丸線を用いた電線などのコイルを巻くための従来装置では巻くことが出来ず、専用の装置や付属装置が必要である。
【０００７】
例えば、図１３に示すように、平角線（導体）の断面を構成する長方形の短辺Ｆの長さを１ｍｍ、長辺Ｇの長さを５ｍｍとし、この平角線を用いた電線４を縦巻きにするときは、短辺Ｆ（１ｍｍ）が属する面を内側にして導体が変形しないようにしながら半径Ｒの円の円周方向にコイルを巻いていく（図１２、図１４参照）。この場合、導体を変形させずに巻ける曲がり部の曲がりの度合（曲率）は、板厚Ｔの鉄板を曲げるときと同じと考えられている。そしてこの鉄板においては、その曲げの半径Ｒが板厚Ｔと同じ（Ｒ≧Ｔ）であれば、鉄板に変形を起こさないで曲げることができるとされている。また、変形が許される範囲は、半径Ｒが板厚Ｔの半分｛Ｒ＝（１／２）Ｔ｝が限度とされている。そして、半径Ｒが板厚Ｔの半分未満｛Ｒ＜（１／２）Ｔ｝では、鉄板にクラックなどが入るとされている。これをそのまま銅線からなる平角線に適用すると、半径Ｒは５ｍｍとなり、曲がり部を構成する円の直径は１０ｍｍ（２Ｒ＝１０ｍｍ）となる。
【０００８】
しかしながら、断面形状が１×５ｍｍの長方形からなる平角線を用いた電線を直径１０ｍｍの円の円周方向に円形状に巻くときの巻力（線の張力）には、著しく大きな力が必要である。すなわち、この強力な張力を発生させるための装置、および、剛性の大きな巻線装置が必要となってくる。
【０００９】
更に、線材の強度による巻き張力に対する反発力、いわゆるスプリングバックで希望する形状、形態が得にくいため、変形の許容範囲の限界以上で巻かなければならず、その結果当然、多くは巻き線時において、線材に変形が生じる。図１５〜１７は、従来の平角線を用いた電線からなるコイルの他の例を示す斜視図である。図面に示すように、長方形に巻いたコイル７の曲がり部（Ｒ形状箇所）では、巻きの内側の線幅が実際の線幅より太る。逆に外側Ｒ部は細くなる（痩せる）。図１８は、コイルの変形を説明する図１４のＨ部の拡大図である。図１４に示すコイル３や、図１５〜１７に示すコイル７の曲がり部においては、図１８に示すような変形が生じ、コイルを形成する電線４間に隙間（スキマ）が生じる。すなわち、図１８に示すように、電線４は曲がり部（Ｒ）において巻きの外側Ｘが細くなり（痩せて）、内側Ｙが太くなる。このため、コイル形状が不安定となり、次工程のために、形状を修正し、固定するための他の物質としてワイヤやテープなどを用いて固定している。このための工数の増加や、コイル品質の低下につながる欠点が生じているのが現状である。
【００１０】
従って、この発明の目的は、平角線の縦巻きのコイルの問題点を解決し、占積率を向上して表皮効果をより高めたコイルおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような問題を解決するために、所望の断面形状の線材を用いた電線を、所望の本数を縦に揃え、揃えたまま整列に巻き、更に端部においては揃えた線材の全てをハンダ付けなどにより結線してなるコイルが提供される。具体的には、下記からなっている。
【００１２】
［１］導体からなる線材が絶縁物によって被覆された電線が軸を中心にして巻かれているコイルにおいて、複数本の前記電線が巻きの外側に向けた方向に重ねられ、このように重ねられた状態の前記複数本の電線が軸を中心にして前記軸方向に整列して巻かれているコイル。
［２］前記線材の断面形状が概略正方形である前記［１］記載のコイル。
［３］前記線材の断面形状が、概略長方形または円形である前記［１］記載のコイル。
［４］複数の異なった断面形状の線材を用いた前記［１］記載のコイル。
［５］複数の異なった材質の線材を用いた前記［１］から［４］のうちの何れか１に記載のコイル。
［６］重ねられた前記複数本の電線がその端部において前記線材同士を前記絶縁物を除いて結線することにより結合されている前記［１］から［５］のうちの何れか１に記載のコイル。
［７］前記結線手段はハンダ付けである前記［６］記載のコイル。
［８］前記線材は、銅、アルミニウムなどの電流を通す金属を主成分とする導体からなっている前記［１］から［６］のうちの何れか１に記載のコイル。
［９］導体からなる線材が絶縁物によって被覆された電線を用い、前記電線に対して張力を与えながら軸を中心にして巻いていくに当たり、複数本の前記電線を巻きの外側に向けた方向に重ね、このように重ねた複数本の前記電線のそれぞれに対してそれぞれに張力を与えながら、前記複数本の電線の全部を同時に、重ねた状態のまま軸を中心にして前記軸方向にずらしながら整列して巻いて行くコイルの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
（１）本発明のコイルによれば、複数本の電線を重ねて巻くことによって複数層の導体が構成され、同じ断面積の１つの平角線よりも導体の表面長さが長くなり、表皮効果によって複数層の導体のそれぞれの表面に電流が流れることにより、効率良く電流を流すことができる。すなわち、本発明のように断面形状が１×１ｍｍの正方形の真四角線を５層に巻いたコイルと断面形状が１×５ｍｍの平角線を巻いたコイルとでは、その断面の表面長さは１．６６倍となり、高周波電流では１．６６倍の電流が流せることになり、単純に１．６６倍のパワーが得られる。この効果は非常に大きい。
【００１４】
（２）本発明コイルを巻いていくときに曲がり部を構成する円の半径Ｒは、断面形状が１×１ｍｍの正方形の真四角線を用いた電線を５本重ねた場合であれば、基本的に半径Ｒを１ｍｍとすることが可能であり、断面形状が１×５ｍｍの平角線（半径Ｒは５ｍｍである）と比較して、半径Ｒの長さが５分の１となり、巻かれたコイルの完成品において、著しく製品の小型化が可能である。
【００１５】
（３）本発明コイルによれば、コイルに巻いていくことが可能な半径Ｒの長さは、重ねたうちの最も内側の電線の導体のサイズによって決まり、電線の本数が８本、１０本と増えても、コイルに巻くことが可能な円の半径Ｒは変らない。更に、最も内側の電線の導体の厚さを薄くすれば、コイルに巻くことが可能な円の半径Ｒの長さを更に小さくすることができる。
【００１６】
（４）本発明コイルによれば、従来用いられている巻線装置によってコイルに巻くことが可能であり、平角線を用いた電線のように特別な巻線装置や付属装置を必要としない。
【００１７】
（５）本発明コイルは、重ねられた複数本の電線を同時にコイルに巻くことが可能であり、従来のように、１本の電線を複数の層に巻いて行くのと比べて、コイルの生産性が著しく向上する。すなわち、５層の多層コイルであれば生産性が５倍に向上する。
【００１８】
（６）本発明のコイルの製造方法は、重ねた複数本の電線のそれぞれに対してそれぞれに張力を与えながらコイルに巻いていくため、重ねた複数本の電線の全部を同時に巻くことができる。そして、最も内側の電線をコイルに巻く張力によって製造することが可能である。
【００１９】
（７）従来の平角線の縦巻きコイルのように曲がり部（Ｒ形状箇所）に生じる変形がなく、電線間に隙間が生じることがないため、占積率が著しく向上し、平角線コイルのように形状維持のためのワイヤやテープなどの補助テープが不要となり、そのパーツ装着工数が全くなくなり、その工数が削減され、絶縁破壊等によるクラックが発生しにくくなり、コイルの品質が著しく向上する利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態に係るコイルを示す平面図、図２は、図１のＣ矢視図、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図面に示すように、この発明のコイル１は、コイル用電線２（２ａ〜２ｅ）を用いており、電線２ａ〜２ｅの各々は、断面形状が正方形の導体からなる線材（真四角線）と、前記線材を被覆する絶縁物とからなっている。５本の電線２ａ〜２ｅは、円筒状の巻軸１１の径方向の外側、すなわち、巻きの外側に向けた方向に重ねられ、このように５本重ねられた電線２ａ〜２ｅが、重ねられたまま、巻軸１１の周囲に、巻軸１１を中心にして、巻軸１１の軸方向（巻軸方向）に整列して、螺旋状に巻かれている。巻軸１１が取り外され、かくしてコイル１が構成される。
【００２２】
電線２ａ〜２ｅをコイルに巻いた部分から外れた端部において、電線２ａ〜２ｅのそれぞれを相互に結合するために、線材（導体）を被覆する絶縁物をはがして取り除き、線材同士をハンダ付けなどの結線手段によって結線してもよい。
【００２３】
電線２に用いられる線材の断面形状は、表皮効果を有効に利用でき、電線の重ね良さの点からも有利な、正方形が最適である。ただし、このような真四角線の代わりに平角線や丸線、あるいは、断面形状が四角形以外の多角形の線材を用いることもできる。また、真四角線と丸線との組合せのように、複数の異なった断面形状の線材を用いてコイルを構成することもできる。
【００２４】
線材を構成する導体の材質として、銅、アルミニウムなどの電流を通す金属を主成分とする合金からなる導体を用いる。また、アルミニウム線に銅などをめっきした線材など、種々の線材を用いることができる。また、銅を主成分とする線材を用いた電線とアルミニウムを主成分とする線材を用いた電線との組合せのように、複数の異なった材質の線材を用いた電線によってコイルを構成することもできる。
【００２５】
図１〜３のように構成された本発明のコイル１は、電線２を構成する線材（真四角線）の１辺の長さＤを１ｍｍとするので、５本の真四角線の表面長さは、（１×４）×５＝２０ｍｍとなる（図２参照）。一方、断面積が同面積の平角線の表面長さは、（１×２）＋（５×２）＝１２ｍｍとなる（図１３参照）。従って、本発明コイル１の表面長さは、上記の平角線を用いたコイル（図１２〜１４参照）の１．６６倍となる。従って、流す高周波などの条件が両方とも同じであれば、本発明コイルは平角線を用いたコイルよりも１．６６倍の電流を流すことが可能である。
【００２６】
５本の電線２ａ〜２ｅを重ね本発明のコイルを巻いていくときに曲がり部を構成する円の半径Ｒは、断面形状が１×１ｍｍの正方形の真四角線であれば、基本的に半径Ｒを１ｍｍとすることが可能であり、断面形状が１×５ｍｍの長方形の平角線（半径Ｒは５ｍｍである）と比較すると半径Ｒの長さが５分の１となり、巻かれたコイルの完成品において、著しい製品の小型化が可能である。
【００２７】
本発明コイルによれば、コイルに巻くことが可能な半径Ｒの長さは、重ねたうちの最も内側の電線の導体のサイズによって決まる。従って、電線の本数が８本、１０本と増えても、コイルに巻くことが可能な円の半径Ｒは変らない。また、図８、図９に示すように、最も内側の電線の導体の厚さを薄くすればするほど、コイルに巻くことが可能な円の半径Ｒの長さを更に小さくすることができる。図８に示すコイルでは、最も内側およびその外側に平角線（導体）を用いた電線８、８が用いられ、図９に示すコイルでは、他の電線２よりも断面形状のサイズの小さい真四角線（導体）を用いた電線９が４本用いられている。
【００２８】
更に、本発明コイルによれば、従来用いられている巻線装置によってコイルに巻くことが可能であり、平角線を用いたコイルのように特別な巻線装置や付属装置を必要としない。
【００２９】
そして更に、本発明コイルは、重ねられた複数本の電線を重ねたまま同時にコイルに巻いて製造することができ、従来のように、１本の電線を複数回巻いて複数の層を形成して行くのではないためコイルの生産効率が著しく向上する。例えば、図１のように５本の電線２ａ〜２ｅを重ねた５層のコイルであれば生産性が５倍に向上する。
【００３０】
次に、本発明のコイルの製造方法について説明する。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態に係るコイルの製造に用いる装置を示す説明図である。図４に示すように、巻取り装置１０と、必要な張力を発生するための張力発生装置１３と、巻取り装置１０と張力発生装置１３との間に配されたガイドプーリ１５ａ〜１５ｅとが配されている。張力発生装置１３には、５個のボビン１４ａ〜１４ｅが整列して取り付けられている。巻取り装置１０は、コイルの巻きの軸となる巻軸１１および電線２ａ〜２ｅを固定するクランパー１２を備えている。巻軸１１は巻取り装置１０の主軸に取り付けられている。
【００３２】
上記装置を用い、図１〜３に示す、真四角線を用いた５本の電線２ａ〜２ｅを用いたコイルを製造する方法を説明する。張力発生装置１３に取り付けたボビン１４ａ〜１４ｅに巻かれた５本の電線２ａ〜２ｅを、巻取り装置１０において図４に示すように巻きの外側に向けた方向に重ね、この状態で電線２ａ〜２ｅの端部を５本同時にクランパー１２によって固定（クランプ）する。次いで、電線２ａ〜２ｅのそれぞれに対してそれぞれに張力発生装置１３によって張力を与えながら、ガイドプーリ１５ａ〜１５ｅを介して巻軸１１を回転し、巻軸１１の軸方向に必要な長さ（ターン数）を、巻軸１１の周囲に整列して巻いて行く。このように、本発明のコイルの製造方法によれば、複数本の電線２ａ〜２ｅのそれぞれに対してそれぞれに張力発生装置１３によって張力を与えながら巻軸１１の周囲にコイルに巻くため、重ねた５本の電線２ａ〜２ｅの全部を同時に巻くことができる。そして、最も内側の電線２ｅを巻く張力によって５層の導体を備えるコイルを製造することができる。
【００３３】
この巻軸１１を、所望する形状のコイルに合わせた巻軸を用いて、全く同様に製造することが可能である。図５は、この発明の他の実施の形態に係る斜視図、図６は、側面図、図７は、平面図である。図５〜７に示すように、本実施の形態において、コイル６は長方形の巻軸（図示せず）を用いて長方形に５０ターン巻かれている。
【００３４】
本発明のコイルの製造方法においては、電線２ａ〜２ｅを５層に重ねたままコイルを巻いていくので、従来のように、巻軸の軸方向の幅全体に最下層の１層目を巻き、次に、その上層に２層目を巻き、順番に５層目まで巻いて行くといった方法と比較して、巻き時間が単純に５分の１以下になり、著しく生産効率が向上する。
【００３５】
更に、本実施の形態では、断面形状が１×５ｍｍの長方形の平角線を縦巻きする場合の１層に相当するコイルを、断面形状が１×１ｍｍの正方形の真四角線を用いた電線を５本重ねたコイルとして実施したが、本発明によれば、前記の平角線を用いた電線の２層巻きあるいは３層巻きなどに相当する巻線工程（動作）によって、１０層や１５層のコイルを製造することが可能である。
【００３６】
本発明の製造方法によれば、真四角線を用いた電線のみならず、丸線や平角線を用いた電線によってもコイルを製造することができる。
【実施例１】
【００３７】
図１０は、コイルの巻きの形状を、図１〜３に示すような円形の螺旋状ではなく、概略長方形形状とした実施例を示す平面図、図１１は、側面図である。図１０、図１１に示すコイル５においては、コイルの曲がり部における円の半径Ｒは約２ｍｍであり、断面形状が１×１ｍｍの正方形の真四角線のように余裕を持って巻くことができた。すなわち、強力な張力の発生装置を必要とせず、従来の巻線装置によってコイルに巻くことが可能であった。本発明によれば、図１、図５、図１０に示すようにコイルの巻きの形状を種々選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態に係るコイルを示す平面図である。
【図２】図１のＣ矢視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】この発明の実施の形態に係るコイルの製造に用いる装置を示す説明図である。
【図５】この発明の他の実施の形態に係るコイルを示す斜視図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係るコイルを示す側面図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係るコイルを示す平面図である。
【図８】この発明のコイルを構成する電線の断面形状を示す断面図である。
【図９】この発明のコイルを構成する電線の断面形状を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施例に係るコイルを示す平面図である。
【図１１】この発明の実施例に係るコイルを示す側面図である。
【図１２】従来の平角線を用いた電線からなるコイルを示す平面図である。
【図１３】図１２のＥ矢視図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１５】従来の平角線を用いた電線からなるコイルの他の例を示す斜視図である。
【図１６】従来の平角線を用いた電線からなるコイルの他の例を示す側面図である。
【図１７】従来の平角線を用いた電線からなるコイルの他の例を示す平面図である。
【図１８】従来の平角線を用いた電線からなるコイルの変形を説明する図１４のＨ部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  コイル
２、２ａ〜２ｅ  真四角線を用いた電線
３  コイル
４  平角線を用いた電線
５  コイル
６  コイル
７  コイル
８  電線
９  電線
１０  巻取り装置
１１  巻軸
１２  クランパー
１３  張力発生装置
１４ａ〜１４ｅ  ボビン
１５ａ〜１５ｅ  ガイドプーリ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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