CN102097169A - 高频用电线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频用电线，第一、在频率特性优秀，可以减轻高频交流电阻降低焦耳热损失，第二、并且能够在诸如成本等方面优秀地实现上述第一的优点。该高频用电线(6)拧合多条导线(7)，并且通过外皮护层(S)进行绝缘覆盖，该导线(7)由成为毛细管状的极细中空管构造形成。并且，该导线(7)的中空部(8)成为空气洞(9)，或者在中空部(8)中填充了绝缘材料(10)，在为后者时，该导线(7)通过使用电镀或者蒸镀使极细微的绝缘丝的外周附着金属导体的构造而形成。并且，该电线(6)例如在根据电磁感应的相互感应作用供给电力的非接触供电装置中，用作电路电缆或线圈，并且发挥抑制、减轻由高频交流导致的交流电阻增加的功能。

Description

高频用电线

技术领域

本发明涉及高频用电线。即，本法发明涉及作为高频用布线材料、线圈材料、或作为其他使用的电线。

背景技术

例如，在非接触供电装置中，采用了高频交流方式，但是关于使用的高频波，频率增加是显著的。

即，非接触供电装置在根据电磁感应的相互感应作用，从固定的供电侧线圈对装配在电动汽车等中的受电侧线圈经由空气间隙供给电力的非接触供电装置中，由于提高通电效率、大间隙化、以及线圈小型轻量化等需求，采用了高频交流方式。并且，鉴于这些需求，目前使用20kHz左右的高频波，但是预测今后会使用50kHz～100kHz，甚至使用超过100kHz的高频。

除了非接触供电装置以外，例如，在游戏机、个人电脑、或其他的各种电气设备中，采用高频交流方式并且使用频率增加的需求是显著的。

在这样的非接触供电装置以及其他装置中，作为布线材料、线圈材料或其他的材料，例如作为用于电路电缆或用于线圈，代表性地使用了图4所示的电线1或电线2。

首先，图4A所示的电线1是该种的通常电线。该电线1是将多条图4B所示的实心的线材构成的导线3拧合一起，并且使用外皮护层S将整个外侧绝缘覆盖的结构。图4C所示的电线2被称为绞合线(Litz Wire)。该电线2如图4D所示，是将多条外周被瓷漆等绝缘膜4覆盖的导线5拧合一起，并且使用外皮护层将整个外侧进一步绝缘覆盖的结构。导线5例如由线径200μ以下的细线形成。

图4A、图4C是示意性的图。即，在附图上，关于一条电线1或2，分别图示了7条导线3或导线5，但实际上对于一条电线1或2，使用数十条以上～数万条以下的导线3或5。

作为上述的非接触供电装置，例如举出了在专利文献1中表示的装置。此外，作为绞合线，例如举出了专利文献2所示的线。

【专利文献1】特开2008-087733号公报

【专利文献2】特开平5-263377号公报

发明内容

但是，关于这样的现有技术，被指出有以下的课题。

第一、当图4A的电线1(通常电线)用作高频交流的电路电缆或者用作高频电力输电时，由于趋肤效应导致的高频交流电阻、焦耳热损失、以及功率损失等成为问题。

即，当使用电线1(通常电线)时，频率越高趋肤效应的影响越大，所以频率特性降低，并且高频交流电阻增加，焦耳热损失平方律地增大，并且功率损失显著化。

关于趋肤效应，如下所述。众所周知，交流电流的频率越高，由于产生的交变磁通与电流的相互作用，交流电流容易流过电线1的表面一侧，结果，电流密度在表面一侧集中。结果，高频交流集中地在电线1的整个截面面积的一部分中流过，即，集中地在表面一侧的厚度极薄的部分流过，结果，由于通电面积降低，交流电阻值增加。

第二、众所周知，为了解决上述的电线1(通常电线)的问题点，为了用于高频波，开发出图4C的电线2(绞合线)。

即，该电线2例如捆束了数千条程度以上的线径200μ以下的极细的带有绝缘膜4的导线5而构成。由此，电线2在总量上较大地取得各导线5表面一侧，即外周面的表面积。即，该电线2与上述的电线1相比增加了导线5表面一侧，即外周面的数量，并且，通过使表面积相应地增大，将趋肤效应导致的电流密度集中通过分散或分离，减轻电流密度集中。

但是，关于该电线2，伴随使用频率的高频化，希望通过进一步抑制或者降低高频交流电阻，来进一步降低焦耳热损失，结果进一步消除功率损失。即，希望提高电线2的频率特性。

此外，关于该电线2，还在成本方面指出了问题。首先，根据趋肤效应，高频交流仅在各导线5的表面一侧流过，而不流过中央一侧。因此，指出了各导线5的整个截面面积中的除去极薄的表面一侧的中央侧成为不流过电流的非使用部分，即成为无用部分，并且在材料成本方面损失大(这一点对于上述的电线1也相同)。此外，还指出了电线2需要使用绝缘膜4覆盖各导线5的外周，所以制造成本高。

本发明的高频用电线是鉴于这样的情况，为了解决上述现有技术的课题而提出的。

并且，本发明的目的在于提出一种第一、通过降低高频交流电阻，来降低焦耳热损失，并且频率特性优秀；第二、并且，在诸如成本等方面优秀地实现该第一点的高频用电线。

本发明通过以下的方法形成，如下所述。

(1)本发明的高频用电线拧合极细中空管构造的多条导线。

(2)并且，本发明的电线用作布线材料或线圈材料。

(3)该多条导线分别形成中空管构造，所以具有相应数量的内周面。因此，该电线包含外周面在内，每单位长度总共具有广阔的表面积。并且，该电线使趋肤效应导致的电流密度集中分散、缓和以及减轻。

(4)因此，在该电线中，高频交流的通电面积相应增大，所以减轻以及降低了交流电阻以及焦耳热损失。因此，该电线可以减小当频率升高时增大的趋肤效应的影响，并且，具备优秀的高频特性。

(5)还通过实验结果证明了上述项目(3)、(4)。

(6)此外，在该电线中，高频交流流过中空管构造的导线导体部的几乎整个截面，所以不存在电流不流过的非使用的无用导体部。由于该电线在导线的导体材料上没有浪费，结果，可大幅降低导体成本以及重量。

(7)此外，通过执行基于制作通常的金属管的工序的工序或者通过金属电镀法或金属蒸镀法使金属导体附着在细微绝缘丝上的工序，可以简单容易地制作该导线。

(8)在本发明的各个例子中，将导线的中空部作为空气洞的例子的电线在减轻重量方面特别优秀。与此相对，在导线的中空部中填充了绝缘材料的例子的电线在各种强度、弹性以及柔韧性方面等优秀。

(9)导线被绝缘膜覆盖的例子的电线除了上述项目(3)的表面积以外，没有绝缘膜由于导线彼此之间的接触而损失的导线外周面的面积也成为通电面。结果，会进一步促进趋肤效应引起的电流密度集中的分散、缓和以及减轻，因而在频率特性方面优秀。

(10)因此，本发明的高频用电线发挥以下的效果。

第一、本发明的电线在频率特性方面优秀。即，降低高频交流电阻，并且降低焦耳热损失。

即，本发明的高频用电线采用成为毛细管状的中空管构造的多条导线，通过将这些导线拧合，分散、缓和以及减轻由于趋肤效应导致的电流密度集中。

并且，本发明的电线与上述的该种现有技术的通常电线以及绞合线相比，可以进一步抑制以及减轻高频交流电阻，频率特性提高。本发明的电线使焦耳热损失相应地降低，并且大幅度地削减功率损失。例如，在用于非接触供电装置的电路电缆以及线圈时，也可以确实地发挥这些效果。

第二、并且，还能够在诸如成本等方面良好地实现第一效果。即，本发明的高频用电线采用成为毛细管状的中空管构造的导线，并且，电流流过这样的导线。

本发明的电线并非像上述的该种现有技术的通常电线那样，在各导线中央一侧存在由于趋肤效应不流过电流的非使用部分，即无用部分，可以消除损失。即，本发明的电线将导线的材料成本降低与作为中空部的导线中央侧相当的量。此外，本发明的电线减轻了与其相当的电线重量，能够使电线轻量化。

此外，关于本发明的电线，通过执行基于制作通常的金属管的工序的工序或者通过金属电镀法或金属蒸镀法的工序，来制作其导线，所以与该种现有例子的通常电线相比，能够简单容易地制造。本发明的电线与对于每个导线需要形成绝缘膜的现有技术(绞合线)相比，能够降低制造成本。

通过上述的第一的效果以及第二的效果，可以完全解决在该种现有例子中存在的课题，本发明所发挥的效果非常显著。

附图说明

图1用于针对本发明的高频用电线，说明为了实现发明的方式，图1A是第一例的截面示意图，图1B是该导线的截面图。图1C是第二例的截面示意图，图1D是该导线的截面图。

图2用于说明为了实现相同发明的方式，图2A是第三例的截面示意图，图2B是该导线的截面图。图2C第四例的截面示意图，图2D是该导线的截面图。

图3用于说明为了实现相同发明的方式，是关于本发明的实施例以及该种现有技术，对频率特性的测试结果进行比较的图表，图3A表示其一个例子，图3B表示其他的例子。

图4用于说明该种现有技术，图4A是通常电线的截面示意图，图4B是该导线的截面图。图4C是绞合线的截面示意图，图4D是该导线的截面图。

图5用于说明非接触供电装置，图5A图是侧面说明图，图5B图是方框图。

图6用于说明非接触供电装置，是电路图。

符号说明

1电线(现有例子)、2电线(现有例子)、3导线(现有例子)、4绝缘膜(现有例子)、5导线(现有例子)、6电线(本发明)、7导线(本发明)、8中空部、9空洞部、10绝缘材料、11绝缘膜、12非接触供电装置、13电源侧电路、14一次线圈、15负载侧电路、16二次线圈、17电路电缆、18线圈、19地面侧、20车辆、21电池、22负载、23电动机、24转换器、25逆变器、26高频用电源、27电容器、28电容器、29电容器、g空气间隙、S外皮护层、T供电站

具体实施方式

以下详细说明用于实施本发明的方式。

首先，参照图1、图2说明本发明的概要。

本发明的高频用电线6拧合了多条导线7，并且通过外皮护层S绝缘覆盖。并且，特征为其导线7通过成为毛细管状的极细中空管构造形成。

并且，作为代表例子，该导线7如图1A、图1B所示，极细中空管构造的中空部8成为空气洞9，或者如图1C、图1D所示，在该中空部8中填充了绝缘材料10。在后者的例子中，导线7成为通过电镀或者蒸镀，在成为绝缘材料10的极细微的绝缘丝的外周附着金属导体的构造。

如图2所示，关于上述两个例子，进一步考虑通过绝缘膜11覆盖导线7的外周的例子。

本发明的概要就是这样。

以下更详细地说明本发明。

首先，参照图1说明该电线6的导线7。导线7由钝铜、铜合金、铝、或者金等高导电率的金属导体制成。导线7的代表性的线径为数十μ以上～数百μ以下，还可以为数μ或1000μ。

导线7由这样极细的线状构成，并且由中空的管构造构成。即，导线7成为使轴芯中央部为中空部8的微米单位的毛细管状。作为一例，使中空部8的直径为10μ，其外周厚度为1.5μ。

然后，图1图1A、图1B所示的导线7基于制作通常的金属管的工序来进行制作。与此相对，通过金属电镀或金属蒸镀法制作图1C、图1D所示的导线7。

在金属电镀法或金属蒸镀法中，通过电镀或者蒸镀在成为绝缘材料10的绝缘电阻高的极细微的绝缘丝的外周附着金属导体。例如，在线径10μ的细微绝缘丝上覆盖厚度1.5μ的金属导体。作为成为芯材的绝缘丝的材料，例如可以考虑树脂、玻璃、陶瓷、橡胶或者其他的非导体。例如，在要求高张力时，作为一例，使用聚苯醚(变性PPO)(商标名ZYLON：美国通用电气公司)。此外，作为这样的绝缘丝，具有单纤维制成的绝缘丝和捻合多条纤维的绝缘丝。

电线6在如此拧合多条成为毛细管状的极细中空管构造的导线7之后，通过外皮护层S缠绕来进行绝缘覆盖。

下面对此进行更详细地叙述。首先，关于一条电线6，捆束总数达到数十条以上～数万条以下的导线7。例如，关于导体截面面积为1.25sq·mm的电线6，使用2000条以上～8000条以下的导线7。关于导体截面面积为11sq·mm的电线6，使用50000条左右的导线7。

然后，基于通常电线的制作工序，将上述那样首先捆束的多条导线7拧合来制作电线6。即，在按照一定的间距间隔捻转捆束的导线7后，通过绝缘膜层，即外皮护层S覆盖整个外周来成为电线6。

通常，直接捆束全部数量的各导线7，然后进行拧合来形成一条电线6。但并非限于此，还可以如下那样来行事。即，首先，拧合多条导线7来形成子线束，然后进一步拧合多组的该子线束来形成一条电线6。并且，还可以考虑进一步拧合多组的该子线束来成为父线束，然后进一步拧合多组的该父线束来形成一条电线6。并且，还可以进一步拧合该父线束的集合，来形成一条电线6。

在此，在图1A、图1B所示的例子的电线6中，使导线7的中空部8直接成为存在空气的空气洞9。与此相对，在图1中在图1C、图1D所示的例子的电线6中，在导线7的中空部8中填充了绝缘电阻高的绝缘材料10。

此外，在图2A、图2B所示的例子的电线6中，使用绝缘膜11覆盖了该各个导线7的外周。关于该例子的电线6，该电线6的其他的结构等基于上述的图1A、图1B所示的例子的电线6以及导线7。此外，在图2C、图2D所示的例子的电线6中，通过绝缘膜11覆盖了该各导线7的外周，并且在导线7的中空部8中填充了绝缘电阻高的绝缘材料10。关于该例子的电线6，该电线的其他的结构等基于上述的图1C、图1D所示的例子的电线6以及导线7。

在该图2的两个例子中，作为覆盖导线7的外周的绝缘膜11，基于上述电线2(绞合线)的绝缘膜4(参照图4C，图4D)，代表性地使用瓷漆涂膜，当然，还可以使用绝缘树脂或其他的非导体。

在此，虽然未图示，但还考虑如下追加例子的电线6。即，关于上述的图2A、图2B所示的例子或图2C、图2D所示的例子，还考虑了进一步通过基于导线7的结构的金属导体覆盖该绝缘膜11的外周的例子。并且，还考虑通过基于绝缘膜11的结构的膜覆盖该金属导体的外周。

图1A、图1C，图2A、图2C是示意性图。即，在附图上，关于一条电线6，分别图示了七条导线7，但实际上，关于一条电线6使用数十条以上甚至数万条以上的导线7。

以上，就其本发明的细节进行了叙述。

(非接触供电装置12)

在此，参照图5、6说明非接触供电装置12。

本发明的高频用电线6例如用于非接触供电装置12。非接触供电装置12根据电磁感应的相互感应作用，从电源侧电路13的一次线圈14向负载侧电路15的二次线圈16，以非接触方式供给电力。

并且，电线6在非接触供电装置12的电源侧电路13以及负载侧电路15中，作为电路电缆17以及线圈14、16、18来使用。并且，电线6发挥抑制以及减轻高频交流导致的交流电阻增加的功能，使焦耳热损失降低。

关于这样的非接触供电装置12(IPS)，进一步详细地说明。如图5所示，供电侧的电源侧电路13在供电站T等供电区域中，固定地配置在地面一侧19。

与此相对，受电侧的负载侧电路15装配在电动汽车等车辆20、或其他移动体上。并且，典型的是，负载侧电路15与车载电池21连接，但是还存在直接与各个负载22连接的情况。并且，在供电时，经由空气间隙g以非接触的方式对电源侧电路13的一次线圈14以及负载侧电路15的二次线圈16进行对应定位。

在图5的例子中，二次线圈16与车载电池21连接，通过电池21驱动行驶用电动机23。在图5中，24是将交流转换为直流的变换器，25是将直流转换为交流的逆变器。

在供电时，电源侧电路13的一次线圈14使来自高频用电源26的例如100kHz左右的高频交流通过，来作为励磁电流，产生磁场形成磁通。并且，在一次线圈14和二次线圈16之间形成磁通的磁路。并且，使一次线圈14和二次线圈16之间电磁耦合。然后，通过磁通对二次线圈16进行贯穿交链，由此在二次线圈16中产生感应电动势。

在非接触供电装置19中，通过这样的电磁感应的相互感应作用，从电源侧电路13向负载侧电路15供给电力。图6中的27、28、29是电容器，用于与线圈14、16、18的共振。

以上叙述了非接触供电装置12。

如以上说明的那样构成了本发明的高频用电线6。然后，以下说明本发明的作用等。

(1)通过拧合成为毛细管状的极细中空管构造的多条导线7的结构来形成本发明的高频用电线6(参照图1、图2)。

(2)并且，作为高频用布线材料或线圈材料来使用该电线6。该电线6例如用作用于输送高频电力的电路电缆17以及线圈14、16、18(例如参照图6的非接触供电装置12)。此外，该电线6例如用作音频设备、游戏机、个人电脑以及其他各种电气设备的布线，例如，用作对扬声器或耳机输送声频电力的布线。

(3)并且，当在该电线6中流过高频交流时，可以分散、缓和以及减轻由趋肤效应导致的电流密度集中。

即，该电线6拧合数十条以上～数万条以下的多条中空管构造的导线7。并且，如此细分化的各导线7具有与该导线7的数量相应的多个内周面。因此，结果，电线6对应于各导线7的数量，关于还包含外周面在内的每个单位长度，总共具有广阔的表面积(参照图1、图2)。

因此，在该电线6中，由于如此广阔的表面积，可相应地降低各导线7的电流密度。因此，该电线6分散、缓和以及减轻当频率升高时增大的趋肤效应的影响。即，该电线6与导体外径以及/或者导线数相同的电线相比，能够分散、缓和以及减轻趋肤效应导致的电流密度集中。

在图2的例子中，因为使各导线7的外周面绝缘，所以外周面的缺点消失，所以能够更加有效地发挥上述的效果。但是，该图2的例子会产生绝缘膜11的成本。

(4)如此，在该电线6中，还在新形成的广阔的内周面上流过高频电流，并且能够分散、缓和以及减轻高频交流的电流密度集中。因为电阻简单地与通电面积大体成反比，所以可以相应地抑制以及减轻高频交流电阻，并且还能够降低焦耳热损失。

如此，该电线6可以减小当频率升高时增大的趋肤效应的影响，因而具备优秀的频率特性。

(5)还通过测试结果证明了上述的项目(4)的本发明的作用。即，通过试验可以确认本发明的电线6在频率特性方面优秀。在图3的图表中表示该试验结构。

在该试验中，关于本发明的实施例的电线6以及该种现有技术的电线，分别将频率1kHz下的交流电阻值看作1，并且分别测量各个频率中的每个频率的交流电阻值相对于1的比率。

关于在试验中使用的本发明的电线6，相对于该电线A(导体截面面积1.25/4sq·mm)，电线B(导体截面面积1.25sq·mm)使捆束使用的导线7的条数为4倍(电线A：2000条、电线B：8000条)。此外，作为电线A、B，分别使用图1A所示的例子的电线。

作为通常的电线，即上述的电线1(参照图4A)，使用市场上销售的绞线(导体截面面积1.25sq·mm)。作为绞合线A(导体截面面积70sq·mm)以及绞合线B(导体截面面积11sq·mm)，即上述的电线2(参照图4C，使用在频率20kHz前后使用的绞合线。作为通常的电力电缆(导体截面面积14sq·mm)，使用市场上销售的商用频率用电力电缆。

关于这样的各个电线，在同一条件下流过高频交流进行了试验，如图3A、图3B所示(在图中，纵轴为电阻比，横轴为频率)，证明了本发明的电线6，即电线A、B与该种现有技术相比，具备优秀的频率特性。即，即使频率升高，本发明的电线A、B也能够抑制响应的电阻比的增加，并且维持极低的电阻比，能够得到表现出减小倾向的数据。此外，因为在该电线A、B相互的数据中没有差异，所以可以确认与捆束的条数无关，可得到相同的性能，即相同的频率特性。

与此相对，通常的电线、绞合线A、B以及通常的电力电缆随着频率升高，成为各自的电阻比急剧增加的数据。

(6)具备如此优秀的频率特性的本发明的电线6的导线7成为中空管构造。并且，高频交流以该导线7作为环状导体流过全部表面。

与此相对，在上述的该种现有技术的电线1(通常的电线)、电线2(绞合线)中，通电面仅为其外周面。因此，该导线3、5在截面中央一侧形成作为几乎不流过电流的非使用部分的无用部分(损失部分)(比较参照图1、图2和图4)。

如此，该电线6与该种现有技术相比，不存在作为不流过电流的非使用部分的无用部分，故能大幅地削减作为导线7的材料的金属导体的浪费，所以能够大幅减轻重量和成本。

(7)此外，该电线6可以简单容易地制造。即，图1A、图1B的导线7基于制作通常的金属管的工序来制作。此外，通过使用金属电镀法或金属蒸镀法在细微绝缘丝外周附着导体金属，来制作图1D的例子的导线7。并且，可以基于上述电线1(通常的电线)，简单容易地制作该电线6。

(8)在此，本发明的各个例子的优点如下所述。首先，图1A所示的例子的电线6因为其导线7的中空部8成为空气洞9，所以具有在上述的项目(6)的减轻重量方向特别优秀的优点。与此相对，图1C所示的例子的电线6因为在其导线7的中空部8中填充了绝缘材料10，所以具有在各种强度、弹性、以及柔韧性等方面特别优秀的优点。

(9)此外，图2A、图2C所示的例子的电线6，首先对于各自对应的图2B图2D，具有在上述项目(8)中记载的优点。并且，除此之外，该例子的电线6还通过绝缘膜11覆盖了其导线7，所以在上述项目(4)的频率特性方面更加优秀。

即，该图2A、图2C的例子的电线6如上所述，导线7通过绝缘膜11使外周绝缘。因此，该例子的电线6基于针对该种现有技术的电线2(绞合线)所述的部分，可以切实地获得广阔的导线7的外周面积。并且，该例子的电线6可以进一步促进由于趋肤效应导致的电流密度集中的分散、缓和以及减轻。

Claims (6)

1.一种高频用电线，其拧合多条导线，并且通过外皮护层进行绝缘覆盖，其特征在于，

该导线由形成毛细管状的极细中空管构造形成。

2.根据权利要求1所述的高频用电线，其特征在于，

该导线的极细中空管构造的中空部成为空气洞。

3.根据权利要求1所述的高频用电线，其特征在于，

该导线在极细中空管构造的中空部中填充了绝缘材料。

4.根据权利要求3所述的高频用电线，其特征在于，

该导线由下述这样的构造形成，亦即，通过使用电镀或者蒸镀使成为该绝缘材料的极细微的绝缘丝的外周附着了金属导体。

5.根据权利要求2或3所述的高频用电线，其特征在于，

该导线的外周由绝缘皮膜覆盖。

6.根据权利要求2或3所述的高频用电线，其特征在于，

该电线用于非接触供电装置，该非接触供电装置根据电磁感应的相互感应作用，从一次侧的电源侧电路的线圈对二次侧的负载侧电路的线圈，以非接触的方式供电，

该电线用作该非接触供电装置的电路电缆或线圈，从而发挥抑制或者减轻由高频交流导致的交流电阻增加的功能，使焦耳热损失降低。

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