JP2014086621A - 渦巻型コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 コイル外形のクロス部分における外側への膨らみを抑制すると共に、薄型に構成することができるようにした渦巻型コイルを提供する。
【解決手段】 複数の素線からなる巻線が同軸上に巻回され、巻回ごとに、軸に対して所定の角度範囲に、巻線同士が交差するクロス部分１３ａ，１３ｂを備えている、渦巻型コイル１０において、クロス部分に対応する外周縁部が外側に突出しないように、クロス部分に対応する内周縁部が偏移部分１４ａ，１４ｂとして軸側に偏移して形成されるように、渦巻型コイル１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として対向するコイル間に生じる電磁誘導作用により無接点電力を伝送する電力伝送装置の送電用コイルと受電用コイルに適用可能な空芯コイルに関し、特にコイルを構成する巻線が複数の素線から成るフラットな密着渦巻状の巻回された渦巻型コイルに関するものである。

従来、いわゆるダブルクロス巻の渦巻型コイルは、図１１に示すように構成されている。
即ち、図１１において、渦巻型コイル１は、複数の素線から成る巻線２が、同軸上に巻回されると共に、巻回ごとに、中心軸Ｏを挟んで互いに対向する角度位置Ａ及びＢにおいて、巻回方向に関して、内側の巻線と外側の巻線が入れ替わるように交差している。ここで、巻線２の巻終り端を２ａ、巻始め端を２ｂとする。

このような渦巻型コイル１によれば、巻終り端２ａ側及び巻始め端２ｂ側が互いに交差する角度位置において、クロス部分３及び４が発生する。
ここで、このクロス部分３及び４では、図１２に示すように、巻終り端２ａ側及び巻始め端２ｂ側は、共にその中心軸Ｏ方向の厚みが巻線２の半径とほぼ等しくなるように、軸方向に押し潰されている。その結果、クロス部分３，４における巻終り端側２ａ及び巻始め端側２ｂは、中心軸Ｏ方向の厚みがほぼ一定になると共に、中心軸Ｏに垂直な半径方向に幅広くなっており、その幅は、巻線２の直径より大きくなっている。
このため、コイル１の外周縁部がクロス部分３，４に対応する領域で外側に膨らんで、図１１に示すように、全体としてレモン（または楕円）のような外形になってしまう。

これに対して、巻始め端及び巻終り端をそれぞれ内周側から外周側に向けて引き回すコイルの巻回方法として、いわゆるα巻線法が一般に知られている。この巻線方法は、巻線両端の中央付近に巻軸を当て、巻始め端側及び巻終り端側の各巻線をそれぞれ互いに逆方向に巻回することで、巻始め端側及び巻終り端側のいずれもが外側に引き出されたコイルを形成することができる。
より具体的には、各巻線のボビン側を巻線チャックに巻き取って、各巻線の巻始め端側及び巻終り端側の先端側を巻線チャックの二倍の回転速度で巻き付けることにより、コイルを形成することができる。
このようなα巻線法では、各巻線の先端側を巻線分だけ事前に取り置く必要があるため、巻線作業が煩雑になってしまう。また、コイルが二層構造となるため、コイル厚みを薄くすることが困難になってしまう。

また、いわゆるナルト巻という巻線方法も知られている。この巻線方法は、各巻線のボビン側を巻線チャックに巻き取って、各巻線の巻始め端及び巻終り端の先端側を巻線チャックの回転速度の（１＋α）倍の回転速度で巻き付けることにより、コイルを形成する。ナルト巻では、交差部分の軸に対する角度位置が順次にずれて配置されることにより、コイル外形のクロス部分による外側への膨らみを低減することができる。
このようなナルト巻線法では、クロス部分の角度位置をずらすために、特殊な巻線機が必要となり、設備コストが高くなってしまう。また、α巻線法と比較して、巻線分の取り置きが少なくて済むものの、このような巻線の取り置きが必要である。

これに対して、特許文献１には、複数の素線からなる巻線の巻終り端側の巻線及び巻始め端側の巻線の一方を内周側から外周側に向かって巻回し、他方を内周側から外周側に引き出してなるコイルにおいて、前記複数の素線を縦方向に積み重ねた状態で一緒に巻回し、前記巻終り端側の巻線と前記巻始め端側の巻線の交差部分では、該複数の素線を横方向に寝かせた状態で重畳させて交差するように構成されていることを特徴とするコイルが開示されている。

このような構成のコイルによれば、クロス部分において、各巻線の素線が横方向に寝かせた状態で、縦方向に重なって交差するので、クロス部分の厚みが他の部分とほぼ同一になるため、コイル外形が外側に膨らんでしまうようなことはない。

特開２０１１−１０３４３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のコイルにおいては、コイル外周縁部のクロス部分における外側への膨らみは発生しないものの、素線が互いに縦方向に積み重ねた状態で巻回されるために、コイルの厚みを薄くすることができない。また、特殊な巻線機が必要となり、設備コストが高くなってしまう。

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成により、コイル外形のクロス部分における外側への膨らみを抑制すると共に、薄型に構成することができるようにした渦巻型コイルを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、複数の素線からなる巻線が同軸上に巻回され、巻回ごとに、軸に対して所定の角度範囲に、巻線同士が交差するクロス部分を備えている渦巻型コイルにおいて、クロス部分に対応する外周縁部が外側に突出しないように、クロス部分に対応する内周縁部が軸側に偏移して形成された渦巻型コイルにより、達成される。

本発明による渦巻型コイルは、好ましくは、軸を挟んで対向する二つの角度範囲に前記クロス部分を備えている。

また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、複数の素線からなる巻線における巻終り端側及び巻始め端側のうち一方を内周側から外周側に向かって巻回し、他方を内周側から外周側に引き出してなる渦巻型コイルにおいて、巻終り端側の巻線と巻始め端側の巻線とが交差する部分に対応する外周縁部が外側に突出しないように、当該部分に対応する内周縁部が軸側に偏移して形成された渦巻型コイルにより、達成される。

上記第一の構成によれば、ダブルクロス巻の渦巻型コイルにおいて、また上記第二の構成によれば、シングルクロス巻の渦巻型コイルにおいて、それぞれ所定角度範囲、好ましくは軸を挟んで対向する二つの角度範囲において、クロス部分における巻線の重なりによる膨らみがコイル内周縁部の軸側への偏移に従ってコイル内周側に発生する。このため、コイル外周縁部のクロス部分における外側への膨らみが発生しない。

この場合、巻線自体が一層構造であっても、コイルの内周縁部の軸側への偏移により、コイル外周縁部のクロス部分における外側への膨らみが回避され得るので、コイルの厚みが増大してしまうことがなく、コイルが薄型に構成され得る。また、このような渦巻型コイルを製造する場合、従来使用している巻線機をそのまま使用することができるので、設備コストが増大してしまうようなことがない。

本発明による渦巻型コイルの第一の実施形態の構成を示す平面図である。 図１の渦巻型コイルにおける一部破断斜視図である。 本発明による渦巻型コイルの第二の実施形態の構成を示す平面図である。 図３の渦巻型コイルにおける一部破断斜視図である。 本発明による渦巻型コイルの第三の実施形態の構成を示す平面図である。 図５の渦巻型コイルの底面図である。 図５の渦巻型コイルにおける一部破断斜視図である。 本発明による渦巻型コイルの第四の実施形態の構成を示す平面図である。 図８の渦巻型コイルの底面図である。 図８の渦巻型コイルにおける一部破断斜視図である。 従来の渦巻型コイルの一例の構成を示す平面図である。 図１１の渦巻型コイルにおける一部破断斜視図である。

図１及び図２は、本発明による渦巻型コイルの第一の実施形態の構成を示している。
図１及び図２において、渦巻型コイル１０は、いわゆるダブルクロス巻のコイルであって、例えば複数の素線（図示せず）から成る巻線１１が同軸上に巻回されている。
巻線１１を構成する素線とは、銅，銀等の導電性を有する線材の表面に絶縁皮膜を施した一本の線材を意味している。

図示の場合、巻線１１は、巻終り端１１ａ側及び巻始め端１１ｂ側のうち、一方、例えば巻終り端１１ａ側が内周側から外周側に向かって巻回されると共に、他方、例えば巻始め端１１ｂ側がこれと線対称に内周側から外周側に巻回されて成る。その際、中心軸Ｏを挟んで対向する二つの角度位置、即ち図１において上方の角度位置１２ａ及び下方の角度位置１２ｂにおいて、巻終り端１１ａ側と巻始め端１１ｂ側の巻線が互いに交差してクロス部分１３ａ及び１３ｂを形成している。
クロス部分１３ａ，１３ｂでは、図２に示すように、巻線１１の巻終り端１１ａ側と巻始め端１１ｂ側が中心軸Ｏに沿う軸方向に関して互いに積み重なることにより、半径方向に入れ替わる。
ここで、クロス部分１３ａ，１３ｂでは、巻終り端１１ａ側及び巻始め端１１ｂ側は、共にその中心軸Ｏ方向の厚みが巻線１１の半径とほぼ等しくなるように、軸方向に押し潰されている。その結果、クロス部分１３ａ，１３ｂにおける巻終り端１１ａ側及び巻始め端１１ｂ側は、中心軸Ｏに垂直な半径方向に幅広くなっており、その幅は、巻線１１の直径より大きい。

ここで、図１１の例と異なり、巻線１１は、図１に示すように、上記二つの角度位置１２ａ，１２ｂ付近で、その内周縁部が、中心軸Ｏ側に偏移した偏移部分１４ａ，１４ｂとして形成されている。
より詳細には、この偏移部分１４ａ，１４ｂは、図１に示す平面図において、クロス部分１３ａ，１３ｂの位置における巻線１１が、半径方向に垂直な弦状に形成されている。
また、この偏移部分１４ａ，１４ｂの内側への偏移量は、クロス部分１３ａ，１３ｂにおける巻終り端１１ａ側及び巻始め端１１ｂ側の幅広部分による渦巻型コイル１０の外周縁部の外側への膨らみが他の部分の外周縁部と同程度であって、すなわちクロス部分１３ａ，１３ｂに対応する外周縁部が外側に突出しないように選定されている。

本発明による渦巻型コイル１０は、以上のように構成されており、製造の際には、従来のダブルクロス巻の渦巻型コイルを製造するための製造装置をそのまま利用して、巻芯（図示せず）の形状を変更することにより、渦巻型コイル１０を製造することができる。
なお、渦巻型コイル１０においては、クロス部分１３ａ，１３ｂが、中心軸Ｏを挟んで互いに対向する角度位置１２ａ，１２ｂにおいて中心軸Ｏを通る半径方向に整列するため、クロス部分１３ａ，１３ｂの領域では、他の領域における渦巻型コイル１０の半径方向の寸法より半径方向の寸法を有する。

ここで、渦巻型コイル１０のクロス部分１３ａ，１３ｂ付近における内周縁部が中心軸Ｏ側に偏移した偏移部分１４ａ，１４ｂとして形成されていることにより、上述したクロス部分１３ａ，１３ｂの半径方向の寸法が、偏移部分１４ａ，１４ｂの偏移量によって吸収される。従って、渦巻型コイル１０の外周縁部は、全体として実質的に中心軸Ｏを中心とする円形の円周上に位置する。
これにより、コイルの外周縁部がクロス部分１３ａ，１３ｂの領域で外側に膨らむようなことはなく、渦巻型コイル１０が全体として小型に構成され得る。

また、クロス部分１３ａ，１３ｂにおいて、巻線１１の巻終り端１１ａ側及び巻始め端１１ｂ側は、共に巻線１１の半径とほぼ等しくなるように押し潰されているので、クロス部分１３ａ，１３ｂにおける軸方向の厚みは、他の部分の巻線１１による厚みとほぼ同様であり、全体として薄型に構成され得る。

図３及び図４は、本発明による渦巻型コイルの第二の実施形態の構成を示している。
図３及び図４において、渦巻型コイル２０は、図１及び図２に示した渦巻型コイル１０と一部同様のダブルクロス巻のコイルであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
渦巻型コイル２０は、図１及び図２に示した渦巻型コイル１０とは、クロス部分１３ａ，１３ｂに対応する中心軸Ｏ側に偏移した偏移部分の形状が異なっている点でのみ、異なる構成である。
渦巻型コイル２０においては、その内周縁部が全体として楕円状に形成されている。これにより、渦巻型コイル２０の内周縁部のうち、クロス部分１３ａ，１３ｂに対応する部分を含む偏移部分２１ａ，２１ｂは、内側に向かって偏移するように湾曲して形成されている。すなわち、偏移部分２１ａは、図３においてクロス部分１３ａを含む渦巻型コイル２０の上半分であり、偏移部分２１ｂは、クロス部分１３ｂを含む渦巻型コイル２０の下半分である。

このような構成の渦巻型コイル２０によれば、図１及び図２に示した渦巻型コイル１０と同様に小型かつ薄型に構成され得ると共に、図３に示すように、巻始め端１１ａ側及び巻終り端１１ｂ側の巻線が互いに交差して形成されるクロス部分１３ａ，１３ｂが、中心軸Ｏを挟んで互いに対向する角度位置１２ａ，１２ｂにおいて中心軸Ｏを通る半径方向に整列する。
ここで、クロス部分１３ａ，１３ｂの半径方向の寸法が、偏移部分２１ａ，２１ｂの偏移量によって吸収されるので、渦巻型コイル２０の外周縁部は、実質的に中心軸Ｏを中心とする円形の円周上に位置する。
また、巻始め端３１ｂ側の内周側から外周側に延びる引き出し線としての部分を受容するための引き出し線溝を設ける必要がないので、構成が簡略化され、製造コストが低減され得る。

図５〜図７は、本発明による渦巻型コイルの第三の実施形態の構成を示している。
図５〜図７において、渦巻型コイル３０は、いわゆるシングルクロス巻のコイルであって、複数の素線からなる巻線３１が同軸上に巻回されている。

図示の場合、巻線３１は、巻終り端３１ａ側及び巻始め端３１ｂ側のうち、一方、例えば巻終り端３１ａ側を内周側から外周側に向かって巻回すると共に、他方、例えば巻始め端３１ｂ側を内周側から外周側に引き出す。その際、巻始め端３１ｂ側は、渦巻状に巻回された巻終り端３１ａ側をある角度位置３２で跨ぐように交差して、クロス部分３３を形成している。
クロス部分３３では、図７に示すように、巻線３１の巻終り端３１ａ側と巻始め端３１ｂ側が中心軸Ｏに沿う軸方向に関して互いに積み重なることにより交差している。
ここで、クロス部分３３では、巻終り端３１ａ側及び巻始め端３１ｂ側は、共にその中心軸Ｏ方向の厚みが薄くなるように、軸方向に押し潰されている。その結果、クロス部分３３における巻終り端３１ａ側及び巻始め端３１ｂ側は、幅広になっており、特に巻終り端３１ａ側は、中心軸Ｏに垂直な半径方向に幅広くなっている。

ここで、巻線３１は、図５及び図６に示すように、角度位置３２付近で、その内周縁部が、中心軸Ｏ側に偏移した偏移部分３４として形成されている。
より詳細には、この偏移部分３４は、図５の平面図において、クロス部分３３における巻線３１が、半径方向に垂直な弦状に形成されている。
また、この偏移部分３４の内側への偏移量は、クロス部分３３における巻終り端３１ａ側の幅広部分による渦巻型コイル３０の外形部分の外側への膨らみが他の部分の外周縁部と同程度であって、すなわちクロス部分３３に対応する外周縁部が外側に突出しない程度に選定されている。

このような構成の渦巻型コイル３０によれば、製造の際には、従来のシングルクロス巻の渦巻型コイルを製造するための製造装置をそのまま利用して、巻芯（図示せず）の形状を変更することにより、渦巻型コイル３０を製造することができる。
渦巻型コイル３０は、巻終り端３１ａ側及び巻始め端３１ｂ側の巻線が互いに交差するクロス部分３３において、巻線３１が軸方向に押し潰されることによって、幅広になっており、特に巻終り端３１ａ側が中心軸Ｏを通る半径方向に幅広くなっているので、クロス部分３３の領域では、他の領域における渦巻型コイル３０の半径方向の寸法より半径方向の寸法を有する。

ここで、渦巻型コイル３０のクロス部分３３付近における内周縁部が中心軸Ｏ側に偏移した偏移部分３４として形成されていることにより、上述したクロス部分３３の半径方向の寸法が、偏移部分３４の偏移量により吸収される。従って、渦巻型コイル３０の外周縁部は、全体として実質的に中心軸Ｏを中心とする円形の円周上に位置する。
これにより、コイルの外周縁部がクロス部分３３の領域で外側に膨らむようなことはなく、渦巻型コイル３０が小型に構成され得る。

図８〜図１０は、本発明による渦巻型コイルの第四の実施形態の構成を示している。
図８〜図１０において、渦巻型コイル４０は、図５〜図７に示した渦巻型コイル３０と同様のシングルクロス巻の渦巻型コイルであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
渦巻型コイル４０は、図５〜図７に示した渦巻コイル３０とは、全体の外形が円形ではなく長方形に形成されている点でのみ異なる構成である。
渦巻型コイル４０は、その長方形の一つの角部に対応する角度位置４１において、巻始め端４１ｂ側が、渦巻状に巻回された巻終り端４１ａ側を跨ぐように交差して、クロス部分４２を形成しており、クロス部分４２では、図１０に示すように、巻線４１の巻終り端４１ａ側と巻始め端４１ｂ側が軸Ｏに沿う方向に関して互いに積み重なることにより交差している。
ここで、クロス部分４２では、巻終り端４１ａ側及び巻始め端４１ｂ側は、共にその軸Ｏ方向の厚みが薄くなるように、軸方向に押し潰されている。これにより、クロス部分４２における巻終り端４１ａ側及び巻始め端４１ｂ側は、幅広になっており、特に巻終り端４１ａ側は、軸Ｏに垂直な半径方向に幅広くなっている。

ここで、巻線４１は、図８及び図９に示すように、角度位置４１付近で、その内周縁部が、軸Ｏ側に偏移した偏移部分４３として形成されている。
この偏移部分４３は、図８の平面図において、クロス部分４２における半径方向に垂直な弦状に形成されている。
また、この偏移部分４３の内側への偏移量は、クロス部分４２における巻終り端４１ａ側の幅広部分による渦巻型コイル４０の外形部分の外側への膨らみが他の部分の外周縁部と同程度であって、すなわちクロス部分４３に対応する外周縁部が外側に突出しない程度に選定されている。

このような構成の渦巻型コイル４０によれば、図５〜図７に示した渦巻型コイル３０と同様に作用すると共に、クロス部分４２における巻線４１の軸方向に押し潰された部分が軸Ｏに対して斜めに延びる線上に整列する。
ここで、クロス部分４２の半径方向の寸法が、偏移部分４３の偏移量によって吸収されるので、渦巻型コイル４０の外形部分は、クロス部分４２の領域においても外側に膨らんでしまうことがなく、ほぼ長方形の外形に倣った形状となり、軸Ｏに垂直な平面内で小型に構成され得る。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、渦巻型コイル１０，２０，３０，４０は、ほぼ円形または長方形の外形を有しているが、これに限らず、正多角形等、渦巻型コイルの外形として適宜であれば、任意の形状の外形を有していてもよい。
また、上述した実施形態においては、クロス部分１３ａ，１３ｂ，３３，４２は、何れも中心軸Ｏに対して所定の角度位置１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２，４１上に整列しているが、これに限らず、中心軸Ｏに対して一定の角度範囲内において、例えば順次に所定角度ずつずれるように配置されていてもよい。このような角度位置のずれにより、クロス部分における半径方向の幅の広がりが低減されるので、偏移部分の内側への偏移量が少なくて済む。

上述した実施形態においては、渦巻型コイルの巻線の巻終り端側及び巻始め端側は、それぞれクロス部分のない領域でコイルの外側に引き出されているが、これに限らず、それぞれ任意の角度位置でコイルの外側に引き出されていてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成により、コイル外形のクロス部分における外側への膨らみを抑制すると共に、薄型に構成することができる、渦巻型コイルが提供される。

１０ 渦巻型コイル
１１，３１ 巻線
１１ａ，３１ａ 巻終り端側
１１ｂ，３１ｂ 巻始め端側
１２ａ，１２ｂ 角度位置
１３ａ，１３ｂ クロス部分
１４ａ，１４ｂ 偏移部分
２０ 渦巻型コイル
２１ａ，２１ｂ 偏移部分
３０ 渦巻型コイル
３１ 巻線
３１ａ 巻終り端側
３１ｂ 巻始め端側
３２ 角度位置
３３ クロス部分
３４ 偏移部分
４０ 渦巻型コイル
４１ 角度位置
４１ａ 巻終り端側
４１ｂ 巻始め端側
４２ クロス部分
４３ 偏移部分

Claims (3)

1. 複数の素線からなる巻線が同軸上に巻回され、巻回ごとに、軸に対して所定の角度範囲に、前記巻線同士が交差するクロス部分を備えている、渦巻型コイルにおいて、
   前記クロス部分に対応する外周縁部が外側に突出しないように、前記クロス部分に対応する内周縁部が軸側に偏移して形成された、渦巻型コイル。
2. 軸を挟んで対向する二つの角度範囲に前記クロス部分を備えている、請求項１に記載の渦巻型コイル。
3. 複数の素線からなる巻線における巻終り端側及び巻始め端側のうち一方を内周側から外周側に向かって巻回し、他方を内周側から外周側に引き出してなる渦巻型コイルにおいて、
   前記巻終り端側の巻線と前記巻始め端側の巻線とが交差する部分に対応する外周縁部が外側に突出しないように、当該部分に対応する内周縁部が軸側に偏移して形成された、渦巻型コイル。

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