專利名稱：電線、線圈、電線的設計裝置及電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電線、線圈、電線的設計裝置及電動機。
背景技術：
在通上高頻電流的設備(變壓器、馬達、電抗器、感應加熱裝置及磁頭裝置等)的繞組及供電線纜中，在通過該高頻電流而產生的磁場的作用下，導體內產生渦流損耗，其結果是，交流電阻(高頻電阻)増大(集膚效應及鄰近效應増大)，而引起發熱及消耗電カ增大。作為抑制集膚效應及鄰近效應的增大的對策，一般通過線的細徑化和采用對各線材進行了絕緣覆蓋而成的絞合線來實現(例如，參照專利文獻I 5)。作為繞組等所使用的電線的ー種，已知有例如在鋁線(以下，稱為“Al線”)的表面上覆蓋了薄壁的銅層而成的銅包鋁線(以下，稱為“CCA線”)。然而，在使用高頻電線的特定的頻帶中，難以將高頻電線的交流電阻相比相同線徑等的銅線(以下，稱為“Cu線”)的交流電阻ー概地減少。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開號公報專利文獻2:日本特開昭62-76216號公報專利文獻3:日本特開號公報

專利文獻4:國際公開第2006/046358號專利文獻5:日本特開號公報

發明內容
鑒于上述問題點，本發明的目的提供一種與作為基準的Cu線相比能夠使渦流產生的損失與其相等或比其小，且能夠減少交流電阻的電線、線圈、電線的設計裝置及電動機。根據本發明的一方式，提供ー種電線，具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部，以在使用電線的頻帶中導體部的交流電阻相對于作為基準的Cu線的交流電阻之比小于I的方式規定導體部的體積電阻率。在本發明的一方式中，作為基準的Cu線可以具有與導體部相同的線徑。在本發明的一方式中，可以是，導體部的體積電阻率除以截面積所得到的每單位長度的直流電阻值如下規定，即，在第一頻率及比該第一頻率大的第二頻率中，第二頻率為使用電線的頻帶的上限值以上，其中，電線的交流電阻與作為基準的Cu線的交流電阻分別在第一頻率及第ニ頻率處一致，且在第一頻率和第二頻率之間電線的交流電阻比作為基準的Cu線的交流電阻小。在本發明的一方式中，設直流電阻值為Rdc，第二頻率為f2，直流電阻值可以由0.7XlOto-925X108 Edc+2-24) ^ f2 ^ 1.3 X 10(0-925Xlog Edc+2-24)的關系規定。
在本發明的一方式中，導體部可以由從黃銅、磷青銅、硅青銅、銅鈹合金及銅鎳硅合金選擇的銅合金、以及銅包鋁中的任ー種構成。在本發明的一方式中，使用電線的頻帶可以包括從基準頻率到20次的高次諧波的頻率。在本發明的一方式中，使用電線的頻帶可以為IOkHz IMHz。根據本發明的另一方式，提供一種線圈，使用電線作為線材，電線具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部，以在使用電線的頻帶中導體部的交流電阻相對于作為基準的Cu線的交流電阻之比小于I的方式規定導體部的體積電阻率。在本發明的另一方式中，作為基準的Cu線可以具有與導體部相同的線徑。在本發明的另一方式中，可以是，導體部的體積電阻率除以截面積所得到的每單位長度的直流電阻值如下規定，即，在第一頻率及比該第一頻率大的第二頻率中，第二頻率為使用電線的頻帶的上限值以上，其中，電線的交流電阻與作為基準的Cu線的交流電阻分別在第一頻率及第ニ頻率處一致，且在第一頻率和第二頻率之間電線的交流電阻比作為基準的Cu線的交流電阻小。在本發明的另一方式中，設直流電阻值為Rdc，第二頻率為f2，直流電阻值可以由0.7XlOto-925X108 Edc+2-24) ≤ f2 ≤ 1.3 X 10(0-925Xlog Edc+2-24)的關系規定。在本發明的另一方式中，導體部 可以由從黃銅、磷青銅、硅青銅、銅鈹合金及銅鎳硅合金選擇的銅合金、以及銅包鋁中的任ー種構成。在本發明的另一方式中，使用電線的頻帶可以包括從基準頻率到20次的高次諧波的頻率。在本發明的另一方式中，使用電線的頻帶可以為IOkHz 1MHz。根據本發明的又一方式，提供ー種電線的設計裝置，電線由比銅的體積電阻率高的材料構成，電線的設計裝置的特征在于，具備:電阻計算部，分別計算使用電線的頻帶中的作為電線的候補的導體部的交流電阻、及作為基準的Cu線的交流電阻；比計算部，計算導體部的由鄰近效應產生的交流電阻相對于作為基準的Cu線的由鄰近效應產生的交流電阻之比；及判定部，在比小于I時，判定為候補能夠適用于電線。根據本發明的再一方式，提供一種電動機，其特征在于，具備:呈圓心狀配置的多個鐵心；電線卷繞于多個鐵心而成的多個線圏，電線具備由鋁線、鋁或鋁合金構成的中心導體和覆蓋中心導體的由銅構成的覆蓋層；通過向多個線圈施加交流電流而進行旋轉的轉子，通過逆變器方式控制向線圈施加的交流電流的頻率，以將該頻率限制在第一頻率和比該第一頻率高的第二頻率之間，其中，在第一頻率和第二頻率處線圈的交流電阻比由作為基準的銅線卷繞的線圈的交流電阻小。


圖1中，圖1(a)是表示本發明的第一實施方式的電線的一例的剖視圖。圖1(b)是表示本發明的第一實施方式的電線的另一例的剖視圖。圖2是用于說明本發明的第一實施方式的集膚效應的示意圖。圖3是用于說明本發明的第一實施方式的鄰近效應的示意圖。圖4是用于說明本發明的第一實施方式的鄰近效應的另一概略圖。
圖5是雙層結構的導線的剖視圖。圖6是表示電流流過的導線表面的電磁場的概略圖。圖7是施加外部磁場時的雙層結構的導線的剖視圖。圖8是表施加外部磁場時的導線表面的電磁場的概略圖。圖9是表示本發明的第一實施方式的各電線及比較例的Cu線的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖10是表示將本發明的第一實施方式的黃銅線及比較例的Cu線作為線材使用的磁場產生線圈的制作條件的表。圖11是表示將本發明的第一實施方式的黃銅線及比較例的Cu線作為線材使用的磁場產生線圈的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖12是表示將本發明的第一實施方式的黃銅線及比較例的Cu線作為線材使用的磁場產生線圈的頻率與交流電阻的關系的表。圖13是表示本發明的第一實施方式的黃銅線及Cu線的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖14是表示本發明的第一實施方式的鄰近效應成分和集膚效應成分的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖15是表示本發明的第一實施方式的各種材料的交流電阻及Cu線的交流電阻比的計算結果的表。圖16是表示本發明的第一實施方式的電線的設計裝置的一例的概略圖。圖17是用于說明本發明的第一實施方式的電線的設計方法及制造方法的一例的流程圖。圖18是表示本發明的第二實施方式的電線的一例的剖視圖。圖19是表示本發明的第二實施方式的CCA線及Cu線中的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖20是表示高頻變壓器的一次繞組電流波形的坐標圖。圖21是用于說明基準頻率及高次諧波成分的坐標圖。圖22是表示CCA繞組和銅繞組的損失的表。圖23是表示本發明的第二實施方式的電線的設計裝置的一例的概略圖。圖24是用于說明本發明的第二實施方式的電線的設計方法的一例的流程圖。圖25是表不本發明的第二實施方式的第一實施例的電動機的一例的概略圖。圖26是表示將比較例的Cu線使用于線圈的情況下的工作頻率20Hz時的電流響應的坐標圖。圖27是表示將比較例的Cu線使用于線圈的情況下的工作頻率50Hz時的電流響應的坐標圖。圖28是表示使圖26與圖27重疊后的響應的坐標圖。圖29是表示圖26的電流的頻譜的坐標圖。圖30是表示比較例的半徑為0.8mm的Cu線的集膚效應產生的高頻電阻的坐標圖。圖31是表示比較例的半徑為0.8mm的Cu線的鄰近效應產生的高頻損失(Htl=IA/mm)的坐標圖。圖32是表示利用比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性的坐標圖。圖33是表示利用比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性的坐標圖。圖34是表示利用本發明的第二實施方式的第一實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其I)的坐標圖。圖35是表示利用本發明的第二實施方式的第一實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其2)的坐標圖。圖36是表示利用本發明的第二實施方式的第一實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其I)的坐標圖。圖37是表示利用本發明的第二實施方式的第一實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其2)的坐標圖。圖38是表不在本發明的第二實施方式的第一實施例中相對于不同的a值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖39是表示在本發明的第二實施方式的第一實施例中相對于不同的半徑r值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖40是表示本發明的第二實施方式的第二實施例的電動機的一例的概略圖。圖41是表示半徑為1.0mm的本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線的集膚效應產生的高頻電阻的坐標圖。圖42是表示半徑為1.0mm的本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線的鄰近效應產生的高頻損失(Hci=IAAim)的坐標圖。圖43是表示利用本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其I)的坐標圖。圖44是表示利用本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其2)的坐標圖。圖45是表示利用本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其I)的坐標圖。圖46是表示利用本發明的第二實施方式的第二實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其2)的坐標圖。圖47是表示在本發明的第二實施方式的第二實施例中相對于不同的a值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖48是表示在本發明的第二實施方式的第二實施例中相對于不同的半徑r值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖49是表不本發明的第二實施方式的第三實施例的電動機的一例的概略圖。圖50是表示半徑為1.2mm的本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線的集膚效應產生的高頻電阻的坐標圖。圖51是表示半徑為1.2mm的本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線的鄰近效應產生的高頻損失(Hci=IAAim)的坐標圖。圖52是表示利用本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其I)的坐標圖。
圖53是表示利用本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻靜特性(其2)的坐標圖。圖54是表示利用本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其I)的坐標圖。圖55是表示利用本發明的第二實施方式的第三實施例的CCA線、Al線及比較例的Cu線卷繞的線圈的高頻電阻動特性(其2)的坐標圖。圖56是表不在本發明的第二實施方式的第三實施例中相對于不同的a值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖57是表示在本發明的第二實施方式的第三實施例中相對于不同的半徑r值而CCA線比Cu線的動特性高頻電阻小的頻帶的表。圖58中，圖58(a)是表不本發明的第三實施方式的電線的一例的剖視圖。圖58(b)是表示本發明的第三實施方式的電線的另一例的剖視圖。圖59是表示本發明的第三實施方式的黃銅線及Cu線中的頻率與交流電阻的關系的坐標圖。圖60是表示分配本發明的第三實施方式的電線的材料及線徑而測定的基準直流電阻及第ニ頻率的表。圖61是表示本發明的第三實施方式的基準直流電阻與第二頻率的關系的坐標圖。圖62是表示黃銅繞組和銅繞組的損失的表。圖63是表示本發明的第三實施方式的電線的設計裝置的一例的概略圖。圖64是用于說明本發明的第三實施方式的電線的設計方法及制造方法的一例的流程圖。圖65是表示本發明的第四實施方式的高頻電線的一例的剖視圖。圖66是表示比較例的Cu線的磁場強度分布的坐標圖。圖67是表示比較例的Cu線的電流密度分布的坐標圖。圖68是表示本發明的第四實施方式的高頻電線的材料的體積電阻率的表。圖69是表示比較例的Cu線的磁場強度分布的另ー坐標圖。圖70是表示比較例的Cu線的損失分布的坐標圖。圖71是表示本發明的第四實施方式的硅青銅線的磁場強度分布的坐標圖。圖72是表示本發明的第四實施方式的硅青銅線的損失分布的坐標圖。圖73是表示本發明的第四實施方式的黃銅線的磁場強度分布的坐標圖。圖74是表示本發明的第四實施方式的黃銅線的損失分布的坐標圖。圖75是表示本發明的第四實施方式的磷青銅線的磁場強度分布的坐標圖。圖76是表示本發明的第四實施方式的磷青銅線的損失分布的坐標圖。圖77是表示本發明的第四實施方式的黃銅線、磷青銅線及硅青銅線和比較例的Cu線的頻率與交流電阻(鄰近效應成分)的關系的坐標圖。
具體實施例方式接下來，參照附圖，說明本發明的實施方式。在以下的附圖的記載中，對于同一或類似的部分標注同一或類似的符號。但是，附圖是示意性的圖，應注意的是，厚度與平面尺寸的關系、各層的厚度的比率等與現實的情況有所不同。因此，具體的厚度或尺寸應參考以下的說明進行判斷。而且，在附圖相互之間，當然包括相互的尺寸的關系或比率不同的部分。另外，以下所示的實施方式例示了用于將本發明的技術思想具體化的裝置或方法，本發明的技術思想、結構部件的材質、形狀、結構、配置等并未限定為下述的情況。本發明的技術思想在權利要求書的范圍內能夠施加各種變更。(第一實施方式)<電線的結構>本發明的第一實施方式的電線如圖1(a)所示，是在特定的頻帶中使用的電線，具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部11。在本發明的第一實施方式的電線中，以特定的頻帶處的導體部11的鄰近效應產生的交流電阻相對于作為基準的Cu線的鄰近效應產生的交流電阻的比小于I的方式，規定導體部11的體積電阻率。在此，“特定的頻帶”表示作為使用該電線(產品)的范圍而規定(設定)的頻帯。“特定的頻帶”的上限值、下限值及范圍根據各個產品的規格而適當設定，并未特別限定。“特定的頻帶”例如可以是幾kHz IOOkHz左右、或IOkHz IMHz左右，在IH烹調器的情況下，可以是20kHz 60kHz左右。若是直接使用日本、美國、歐洲的商用電源頻率的產品，則可以為50kHz 60kHz左右。而且，“作為基準的Cu線”被預先規定(設定)，既可以與導體部11為相同的線徑，也可以為不同的線徑。導體部11的直徑優選為0.05mm 0.6mm左右,但并未特別限定。作為導體部11的材料，可以使用黃銅、磷青銅、娃青銅、銅鈹合金、及銅鎳娃合金等銅合金。黃銅是包括銅(Cu)及鋅(Zn)的合金(Cu-Zn)，也可以包含銅和鋅以外的少量的元素。硅青銅是包括銅、錫(Sn)及娃(Si)的合金(Cu-Sn-Si),也可以包括銅、錫及娃以外的少量的元素。磷青銅是包括銅、錫及磷(P)的合金(Cu-Sn-P),也可以包括銅、錫及磷以外的少量的元素。所述銅合金線例如進行了 I原則退火處理，也可以進行錫、銅或鉻(Cr)等的鍍敷處理。而且，導體部11除了圓筒狀之外，還可以具有平角狀等的各種形狀。另外，本發明的第一實施方式的電線如圖1(b)所示，是CCA線，具備由鋁(Al)或鋁合金構成的中心導體12和覆蓋中心導體12的由銅(Cu)構成的覆蓋層13作為導體部11。CCA線整體的直徑優選為0.05mm 0.6mm左右。覆蓋層13的截面積相對于將中心導體12及覆蓋層13相加的電線整體的截面積為15%以下，優選為3% 15%左右，更優選為3% 10%左右，進ー步優選為3% 5%左右。覆蓋層13相對于電線整體的截面積之比越小，越能夠減少交流電阻。作為中心導體12，能夠使用例如電氣用鋁(EC鋁)或Al-Mg-Si系合金(JIS6000號段)的鋁合金，但鋁合金比EC鋁的體積電阻率大，因此更優選。通常，變壓器或電抗器等的繞組使用由聚氨脂、聚酯、聚酯酰亞胺、聚酰胺酰亞胺或聚酰亞胺等對Cu線進行絕緣覆蓋而成的結構。在同軸線纜中，由于為高頻電流信號而考察集膚效應特性，使用例如CCA線。如圖2所示，在導體中，由于導體內的磁通而導體內流過渦流，該渦流作為集膚效應而使交流電阻増大。而且，如圖3及圖4所示，由于外部磁通而導體內流過渦流，該渦流作為鄰近效應而使交流電阻增大。設直流電阻成分為Rd。，集膚效應產生的交流電阻為Rs，鄰近效應產生的交流電阻(鄰近效應成分)為Rp，交流電阻Ra。由下式⑴表示。Rac= (I+ks) Rdc+Rp=W.⑴在此，ks表示集膚效應系數。首先，說明本發明的第一實施方式的集膚效應產生的交流電阻Rs的計算方法的一例。如圖5所示，考慮沿著z方向均勻分布的雙層結構的圓筒狀導線。將導線的內層、外層的導電率分別假定為％、O2，設電流沿著導線的z方向流動。在以下的定式化中，各電磁場使用復數表現，設時間因子為其中，CO表示角頻率。由于電流，生成電場的z方向分量Ez，這滿足以下的波動方程式⑵。[數學式I]
權利要求
1.種電線，具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部，其特征在干， 以在使用所述電線的頻帶中所述導體部的交流電阻相對于作為基準的銅線的交流電阻之比小于I的方式規定所述導體部的體積電阻率。
2.據權利要求1所述的電線，其特征在干， 所述作為基準的銅線具有與所述導體部相同的線徑。
3.據權利要求1或2所述的電線，其特征在干， 所述導體部的體積電阻率除以截面積所得到的每單位長度的直流電阻值如下規定，即，在第一頻率及比該第一頻率大的第二頻率中，所述第二頻率為使用所述電線的頻帶的上限值以上，其中，所述電線的交流電阻與所述作為基準的銅線的交流電阻分別在所述第ー頻率及所述第二頻率處一致，且在所述第一頻率和所述第二頻率之間所述電線的交流電阻比所述作為基準的銅線的交流電阻小。
4.據權利要求3所述的電線，其特征在干， 設所述直流電阻值為Rdc，所述第二頻率為f2，所述直流電阻值由0.7X10(°_925X 1°gEdc+2-24) ^ f2 ^ 1.3 X 10(0-925Xlog Edc+2-24)的關系規定。
5.據權利要求1 4中任一項所述的電線，其特征在干， 所述導體部由從黃銅、磷青銅、硅青銅、銅鈹合金及銅鎳硅合金選擇的銅合金、以及銅包鋁中的任ー種構成。
6.據權利要求1 5中任一項所述的電線,其特征在于， 使用所述電線的頻帶包括從基準頻率到20次的高次諧波的頻率。
7.據權利要求1 6中任一項所述的電線，其特征在干， 使用所述電線的頻帶為IOkHz 1MHz。
8.種線圈，使用電線作為線材，其特征在干， 所述電線具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部， 以在使用所述電線的頻帶中所述導體部的交流電阻相對于作為基準的銅線的交流電阻之比小于I的方式規定所述導體部的體積電阻率。
9.據權利要求8所述的線圈，其特征在干， 作為所述基準的銅線具有與所述導體部相同的線徑。
10.據權利要求8或9所述的線圈，其特征在干， 所述導體部的體積電阻率除以截面積所得到的每單位長度的直流電阻值如下規定，即，在第一頻率及比該第一頻率大的第二頻率中，所述第二頻率為使用所述電線的頻帶的上限值以上，其中，所述電線的交流電阻與所述作為基準的銅線的交流電阻分別在所述第ー頻率及所述第二頻率處一致，且在所述第一頻率和所述第二頻率之間所述電線的交流電阻比所述作為基準的銅線的交流電阻小。
11.據權利要求10所述的線圈，其特征在干， 設所述直流電阻值為Rdc，所述第二頻率為f2，所述直流電阻值由0.7X10(°_925X 1°gEdc+2-24) ^ f2 ^ 1.3 X 10(0-925Xlog Edc+2-24)的關系規定。
12.據權利要求8 11中任一項所述的線圈，其特征在干， 所述導體部由從黃銅、磷青銅、硅青銅、銅鈹合金及銅鎳硅合金選擇的銅合金、以及銅包鋁中的任ー種構成。
13.據權利要求8 12中任一項所述的線圈，其特征在干， 使用所述電線的頻帶包括從基準頻率到20次的高次諧波的頻率。
14.據權利要求8 13中任一項所述的線圈，其特征在干， 使用所述電線的頻帶為IOkHz 1MHz。
15.種電線的設計裝置，所述電線由比銅的體積電阻率高的材料構成，所述電線的設計裝置的特征在于，具備: 電阻計算部，分別計算使用所述電線的頻帶中的作為所述電線的候補的導體部的交流電阻、及作為基準的銅線的交流電阻； 比計算部，計算所述導體部的由鄰近效應產生的交流電阻相對于所述作為基準的銅線的由鄰近效應產生的交流電阻之比；及 判定部，在所述比小于I時，判定為所述候補能夠適用于所述電線。
16.種電動機,其特征在于， 具備: 呈圓心狀配置的多個鐵心； 電線卷繞于所述多個鐵心而成的多個線圈，所述電線具備由鋁線、鋁或鋁合金構成的中心導體和覆蓋所述中心導體的由銅構成的覆蓋層；及 通過向所述多個線圈施加交 流電流而旋轉的轉子， 通過逆變器方式控制向所述線圈施加的交流電流的頻率，以將該頻率限制在第一頻率和比該第一頻率高的第二頻率之間，其中，在所述第一頻率和所述第二頻率處所述線圈的交流電阻比由所述作為基準的銅線卷繞的線圈的交流電阻小。
全文摘要
一種具備由比銅的體積電阻率高的材料構成的導體部(11)的電線，在使用電線的頻帶中，以所述導體部的交流電阻相對于作為基準的銅線的交流電阻之比小于1的方式規定導體部(11)的體積電阻率。
文檔編號H02K3/02GK103098144SQ201180040420
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月21日 優先權日2010年8月20日
發明者新元孝, 吉田昭太郎, 官寧 申請人:株式會社藤倉