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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024017581
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】コイル
(51)【国際特許分類】
H01F 5/00 20060101AFI20240201BHJP
H01F 38/14 20060101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01F5/00 F
H01F38/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022120310
(22)【出願日】2022-07-28
(71)【出願人】
【識別番号】000108742
【氏名又は名称】タツタ電線株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 祥充
(57)【要約】
【課題】１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備えるコイルにおける損失を低減する。
【解決手段】コイル１００Ａは、中心軸２の周りに１回または螺旋状に複数回巻回された電線１を備える。電線１は、中心軸２を含む平面における断面形状１１が細長い導体１０を含む。断面形状１１は、長手方向の第１端１２および第２端１３が中心軸２から離れるように、曲がっている。
【選択図】図２
【解決手段】コイル１００Ａは、中心軸２の周りに１回または螺旋状に複数回巻回された電線１を備える。電線１は、中心軸２を含む平面における断面形状１１が細長い導体１０を含む。断面形状１１は、長手方向の第１端１２および第２端１３が中心軸２から離れるように、曲がっている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルであって、
中心軸の周りに１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記中心軸を含む平面における断面形状が細長い導体を含み、
前記断面形状は、長手方向の第１端および第２端が前記中心軸から離れるように、曲がっている、コイル。
中心軸の周りに１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記中心軸を含む平面における断面形状が細長い導体を含み、
前記断面形状は、長手方向の第１端および第２端が前記中心軸から離れるように、曲がっている、コイル。
【請求項2】
前記断面形状の中心点を通り、前記第１端と前記第２端とを結ぶ線分と直交する直線を基準直線とするとき、前記断面形状は、前記基準直線に対して線対称である、請求項１に記載のコイル。
【請求項3】
前記基準直線は、前記中心軸と直交する、請求項２に記載のコイル。
【請求項4】
前記電線は、前記中心軸の対象区間の周りに螺旋状に３回以上巻回され、
前記電線は、
前記対象区間のうちの一方の端部側に位置する第１区間の周りに巻回される第１部分と、
前記対象区間のうちの他方の端部側に位置する第２区間の周りに巻回される第２部分と、
前記対象区間のうちの前記第１区間と前記第２区間との間に位置する第３区間の周りに巻回される第３部分と、を有し、
前記断面形状の中心点を通り、前記第１端と前記第２端とを結ぶ線分と直交する直線を基準直線とするとき、
前記第３部分における前記基準直線は、前記中心軸に直交し、
前記第１部分における前記基準直線は、前記第３部分に対応する前記基準直線に対して、前記中心軸との交点同士が離れる方向に傾斜し、
前記第２部分における前記基準直線は、前記第３部分に対応する前記基準直線に対して、前記中心軸との交点同士が離れる方向に傾斜する、請求項１に記載のコイル。
前記電線は、
前記対象区間のうちの一方の端部側に位置する第１区間の周りに巻回される第１部分と、
前記対象区間のうちの他方の端部側に位置する第２区間の周りに巻回される第２部分と、
前記対象区間のうちの前記第１区間と前記第２区間との間に位置する第３区間の周りに巻回される第３部分と、を有し、
前記断面形状の中心点を通り、前記第１端と前記第２端とを結ぶ線分と直交する直線を基準直線とするとき、
前記第３部分における前記基準直線は、前記中心軸に直交し、
前記第１部分における前記基準直線は、前記第３部分に対応する前記基準直線に対して、前記中心軸との交点同士が離れる方向に傾斜し、
前記第２部分における前記基準直線は、前記第３部分に対応する前記基準直線に対して、前記中心軸との交点同士が離れる方向に傾斜する、請求項１に記載のコイル。
【請求項5】
前記電線は、螺旋状に２回以上巻回され、
前記中心軸と前記電線との距離は、前記中心軸に沿って増大または減少する、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル。
前記中心軸と前記電線との距離は、前記中心軸に沿って増大または減少する、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル。
【請求項6】
磁界結合式ワイヤレス給電用コイルである、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル。
【請求項7】
電界共振結合式ワイヤレス給電の共振用コイルである、請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、コイルに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、断面形状が円形となる導体を備えた電線を巻回することにより得られるコイルが汎用されている。しかし、このようなコイルでは、電線の表皮効果及び近接効果によって電流の流れに偏在が生じることが知られている。このため、コイルに交流電流が流されると、これらの効果に起因する損失が生じ、電力の伝送効率が低下するという問題がある。
【0003】
そのため、コイルにおける上記損失を低減することが検討されている。例えば、特開２０２１－１００１０２号公報（特許文献１）には、断面形状が非円形となる導体を備える電線が渦巻状に複数回巻回されたコイルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１００１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
コイルにおける電線の巻回方法は、コイルの用途に応じて異なる。特許文献１に開示の技術は、電線が渦巻状に複数回巻回されたコイルを対象としており、１回または螺旋状に複数回巻回されたコイルを対象としていない。すなわち、特許文献１には、１回または螺旋状に複数回巻回されたコイルにおける損失の低減について開示されていない。
【0006】
本開示は、上記の問題点に着目してなされたもので、１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備えるコイルにおける損失の低減を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一側面に係るコイルは、中心軸の周りに１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備える。電線は、中心軸を含む平面における断面形状が細長い導体を含む。断面形状は、長手方向の第１端および第２端が中心軸から離れるように、曲がっている。
【0008】
上記のコイルによれば、導体における逆流電流の発生および電流の偏在が抑制される。その結果、１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備えるコイルにおける損失を低減できる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、１回または螺旋状に複数回巻回された電線を備えるコイルにおける損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１に係るコイルの外観斜視図である。
【図2】第１実施例のコイルを示す断面図である。
【図3】第２実施例のコイルを示す断面図である。
【図4】第３実施例のコイルを示す断面図である。
【図5】絶縁材を含む電線の一例を示す断面図である。
【図6】絶縁材を含む電線の別の例を示す断面図である。
【図7】第１参考例のコイルを示す断面図である。
【図8】第２参考例のコイルを示す断面図である。
【図9】第３参考例のコイルを示す断面図である。
【図10】第４参考例のコイルを示す断面図である。
【図11】第５参考例のコイルを示す断面図である。
【図12】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１Ａ～３８Ａ，２７Ａ１，２７Ａ２のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図13】コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態１における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【図14】コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態１における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【図15】実施の形態２に係るコイルの外観斜視図である。
【図16】第４実施例のコイルを示す断面図である。
【図17】第５実施例のコイルを示す断面図である。
【図18】第６実施例のコイルを示す断面図である。
【図19】第７実施例のコイルを示す断面図である。
【図20】第６参考例のコイルを示す断面図である。
【図21】第７参考例のコイルを示す断面図である。
【図22】第８参考例のコイルを示す断面図である。
【図23】第９参考例のコイルを示す断面図である。
【図24】第１０参考例のコイルを示す断面図である。
【図25】第１１参考例のコイルを示す断面図である。
【図26】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１Ｂ～１５Ｂのモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図27】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１６Ｂ～３０Ｂのモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図28】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．３１Ｂ～３８Ｂ，２７Ｂ１，２７Ｂ２のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図29】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．２Ｂ１～２Ｂ３，１８Ｂ１～１８Ｂ３，２１Ｂ１～２１Ｂ３のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図30】周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．２４Ｂ１～２４Ｂ３，２７Ｂ３～２７Ｂ５，３０Ｂ１～３０Ｂ３のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。
【図31】コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態２における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【図32】コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態２における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【図33】実施の形態３に係るコイルの外観斜視図である。
【図34】第８実施例のコイルを示す断面図である。
【図35】コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態３における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【図36】コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態３における各モデルのＱ値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。また、以下で説明する実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
【0012】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るコイルの外観斜視図である。図１に示されるように、実施の形態１に係るコイル１００Ａは、中心軸２の周りに１回巻回された電線１を備える。コイル１００Ａの直径（以下、「コイル径」と称する。）はｄである。
図１は、実施の形態１に係るコイルの外観斜視図である。図１に示されるように、実施の形態１に係るコイル１００Ａは、中心軸２の周りに１回巻回された電線１を備える。コイル１００Ａの直径（以下、「コイル径」と称する。）はｄである。
【0013】
図２は、第１実施例のコイルを示す断面図である。図３は、第２実施例のコイルを示す断面図である。図４は、第３実施例のコイルを示す断面図である。図２～図４には、中心軸２を含む平面におけるコイル１００Ａの断面図が示される。図２～図４に示されるように、電線１は、中心軸２の周りに、中心軸２からの距離がｄ／２となるように１回巻回される。なお、図２～図４には、コイル１００Ａの一部のみが描かれている。すなわち、図２～図４において、中心軸２の左側に存在するコイル１００Ａの断面の図示が省略されている。
【0014】
図２～図４に示されるように、電線１は、中心軸２を含む平面における断面形状１１が非円形となる導体１０を含む。導体１０の断面形状１１は、逆流電流が流れやすくなるような箇所及び電流が流れにくくなる箇所を回避又は迂回するような形状を有する。その結果、導体１０の損失が低減される。具体的には、断面形状１１は、細長く、かつ、長手方向の一方端である第１端１２と長手方向の他方端である第２端１３とが中心軸２から離れるように、曲がっている。これにより、コイル１００Ａに交流電流を流したときに、導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在が抑制される。
【0015】
第１端１２及び第２端１３が先細りとなっている場合、この部分に電流の偏在が生じやすくなる。そのため、第１端１２及び第２端１３は、全体が丸みを帯びた状態となるように先細りに形成されていることが好ましい。
【0016】
断面形状１１の中心点１６を通り、第１端１２と第２端１３とを結ぶ線分１７と直交する直線を基準直線１８とするとき、断面形状１１は、基準直線１８に対して線対称であることが好ましい。これにより、コイル１００Ａに交流電流を流したときの導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在がさらに抑制される。
【0017】
基準直線１８は、導体１０の姿勢を定義付ける。図２～図４に示されるように、電線１の任意の部分において、基準直線１８は、中心軸２に直交することが好ましい。これにより、導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在がさらに抑制される。
【0018】
上述したように、断面形状１１は、第１端１２及び第２端１３が中心軸２から離れるように曲がっている。そのため、断面形状１１は、コイル１００Ａの外側を向く凹状の第１縁１４と、中心軸２に対向する凸状の第２縁１５と、を有する。
【0019】
断面形状１１は、第１縁１４と第２縁１５との間隔ｔが一定となるように形成されていることが好ましい。間隔ｔは、コイル１００Ａの使用周波数における表皮深さ（電流が表面電流の１／ｅになる深さ）の２倍以下であることが好ましい。
【0020】
図２に示されるように、第１実施例のコイル１００Ａにおける導体１０の断面形状１１ａは、中心角θｓの円弧状である。すなわち、第１縁１４及び第２縁１５は、中心角θｓの円弧状である。これにより、導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在がより一層抑制される。断面形状１１ａは、基準直線１８に対して線対称である。
【0021】
導体１０が円弧状の断面形状１１ａを有する場合、後述するシミュレーション結果から、中心角θｓは、１５°～３４５°であることが好ましく、６０°～３４５°であることがより好ましく、１０５°～３４５°であることがさらに好ましく、１２０°～３４５°であることがよりさらに好ましく、１８０°～３４５°であることが特に好ましく、２４０°～３４５°であることが最も好ましい。中心角θｓが上記値であることによって、導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在がより効果的に抑制される。なお、中心角θｓは、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状１１ａにおける当該角度の測定値の算術平均値として算出される。
【0022】
導体１０が円弧状の断面形状１１ａを有し、間隔ｔが一定である場合、円弧の中心点Ｏに対する第１縁１４の半径をＲ１としたときに、半径Ｒ１は、間隔ｔと中心角θｓと必要とされる導体断面積（断面形状１１ａの面積）とにより算出される。
【0023】
例えば、１００ｋＨｚの周波数で２ｍｍ２相当の導体断面積が必要である場合、半径Ｒ１は、間隔ｔ（ｍｍ）と中心角θｓ（°）とを用いて、
Ｒ１＝（２×３６０／θｓ－πｔ２）／２ｔπ
で表される。なお、間隔ｔ及び半径Ｒ１は、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状における各測定値の算術平均値として算出される。
Ｒ１＝（２×３６０／θｓ－πｔ２）／２ｔπ
で表される。なお、間隔ｔ及び半径Ｒ１は、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状における各測定値の算術平均値として算出される。
【0024】
図３に示されるように、第２実施例のコイル１００Ａにおける導体１０の断面形状１１ｂはＶ字状（Ｖ字を９０°回転させた形状）である。具体的には、断面形状１１ｂは、中心点１６の箇所において屈曲部２０を有する。屈曲部２０から第１端１２までの領域および屈曲部２０から第２端１３までの領域の各々は、中心軸２に対して傾斜する方向に直線的に延びる。断面形状１１ｂは、基準直線１８に対して線対称である。
【0025】
屈曲部２０が尖っている場合、この部分に電流の偏在が生じやすくなる。そのため、屈曲部２０の外側（図３では中心軸２に対向する側）は、面取りされている形状であることが好ましい。
【0026】
導体１０がＶ字状の断面形状１１ｂを有する場合、後述するシミュレーション結果から、屈曲部２０の内側に形成される角度θｖは、９０°～１６５°であることが好ましく、１０５°～１６５°であることがより好ましく、１２０°～１６５°であることがさらに好ましく、１２０°～１５０°であることが特に好ましい。なお、角度θｖは、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状における当該角度の測定値の算術平均値として算出される。
【0027】
導体１０がＶ字状の断面形状１１ｂを有し、間隔ｔが一定である場合、第１縁１４の長さの半分の長さをＬ１としたときに、長さＬ１は、間隔ｔと角度θｖと必要とされる導体断面積（断面形状１１ｂの面積）とにより算出される。
【0028】
図４に示されるように、第３実施例のコイル１００Ａにおける導体１０の断面形状１１ｃはＵ字状（Ｕ字を９０度回転させた状態）である。具体的には、断面形状１１ｃは、２つの屈曲部２１，２２を有する。断面形状１１における屈曲部２１，２２間の部分は、中心軸２に平行に直線的に延びる。屈曲部２１から第１端１２までの領域および屈曲部２２から第２端１３までの領域の各々は、中心軸２に対して傾斜する方向に直線的に延びる。断面形状１１ｃは、基準直線１８に対して線対称である。そのため、屈曲部２１，２２の内側に形成される角度θＵは、同一である。
【0029】
屈曲部２１，２２が尖っている場合、この部分に電流の偏在が生じやすくなる。そのため、屈曲部２１，２２の外側（図４では中心軸２に対向する側）は、面取りされている形状であることが好ましい。
【0030】
導体１０がＵ字状の断面形状１１ｃを有す場合、後述するシミュレーション結果から、屈曲部２１，２２の内側に形成される角度θｕは、１０５～１６５°であることが好ましく、１０５～１５０°であることがより好ましい。なお、角度θｕは、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状における当該角度の測定値の算術平均値として算出される。
【0031】
導体１０がＵ字状の断面形状１１ｃを有し、間隔ｔが一定である場合、第１縁１４のうちの屈曲部２１から第１端１２までの長さ（または屈曲部２２から第２端１３までの長さ）をＬ２、第１縁１４のうちの屈曲部２１，２２間の長さをＬ３としたときに、長さＬ２，Ｌ３は、間隔ｔと角度θｕと必要とされる導体断面積（断面形状１１の面積）とにより算出される。
【0032】
導体１０は、例えば、平編銅線、銅板、銅テープ、銅箔などによって構成される。また、導体１０の材料は、銅に限定されず、銅以外の金属であってもよい。
【0033】
電線１は、導体１０を被覆する絶縁材を含んでもよい。あるいは、導体１０は、絶縁材によって被覆されておらず、裸導体であってもよい。
【0034】
図５は、絶縁材を含む電線の一例を示す断面図である。図５には、導体１０の全体が絶縁材３０によって被覆されている電線１が示される。例えば図５（ａ）に示されるように、電線１は、導体１０の全体を被覆し、かつ、導体１０の周縁と対応した形状の周縁を有する絶縁材３０を備えてもよい。あるいは、図５（ｂ）に示されるように、電線１は、導体１０の全体を被覆し、かつ、周縁が矩形状である絶縁材３０を備えてもよい。
【0035】
図６は、絶縁材を含む電線の別の例を示す断面図である。図６には、導体１０の一部のみが絶縁材３０によって被覆されている電線１が示される。例えば図６（ａ）に示されるように、電線１は、導体１０の第１縁１４に接触する外周を有する、中空円筒状の絶縁材３０を備えてもよい。あるいは、図６（ｂ）に示されるように、電線１は、導体１０の第２縁１５に接触する内周を有する、中空円筒状の絶縁材３０を備えていてもよい。
【0036】
絶縁材３０の材料は、以下に限定されないが、電気絶縁性のポリマー組成物であることが好ましく、１×１０１２Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するポリマー組成物であることがより好ましい。
【0037】
（シミュレーション）
解析ソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）（Version 2018.1.2.70140）を用い、表１に示される解析条件で、導体の断面形状および導体の姿勢の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
解析ソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）（Version 2018.1.2.70140）を用い、表１に示される解析条件で、導体の断面形状および導体の姿勢の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
【0038】
【表1】
【0039】
評価対象のモデルは、図２～図４にそれぞれ示す第１～第３実施例のコイル１００Ａに対応するモデルに加えて、以下に示す第１～第５参考例のコイルに対応するモデルを含む。第１～第５参考例のコイルは、図１に示すコイル１００Ａと同様に、中心軸２の周りに１回巻回された電線を含む。
【0040】
図７は、第１参考例のコイルを示す断面図である。図７に示すように、第１参考例のコイルに備えられる電線は、中心軸２を含む平面の断面形状１１ｄが円形である導体１０を有する。断面形状１１ｄの直径Ｄは、必要とされる導体断面積（断面形状１１ｄの面積）により算出される。
【0041】
図８は、第２参考例のコイルを示す断面図である。図８に示すように、第２参考例のコイルに備えられる電線は、中心軸２を含む平面の断面形状１１ｅがＩ字状である導体１０を有する。断面形状１１ｅは、断面形状１１ａ～１１ｃと同様に、細長い。ただし、断面形状１１ｅは、直線状である。断面形状１１ｅの中心点１６を通り、第１端１２と第２端１３とを結ぶ線分１７と直交する基準直線１８は、断面形状１１ｅを有する導体１０の姿勢を定義付ける。図８に示されるように、基準直線１８は、中心軸２に直交する。すなわち、断面形状１１ｅは、中心軸２に沿って延びている。断面形状１１ｅの長手方向の長さＬ４は、断面形状１１ｅの中心軸２側の縁と中心軸２とは反対側の縁との間隔ｔと、必要とされる導体断面積（断面形状１１ｅの面積）とにより算出される。
【0042】
図９は、第３参考例のコイルを示す断面図である。図９に示すように、第３参考例のコイルに備えられる電線は、中心軸２を含む平面の断面形状１１ｆがＯ字状である導体１０を有する。断面形状１１ｆの内径Ｒ２は、断面形状１１ｆの外周縁と内周縁との間隔ｔと必要とされる導体断面積（断面形状１１ｄの面積）とにより算出される。
【0043】
図１０は、第４参考例のコイルを示す断面図である。図１０に示すように、第４参考例のコイルに備えられる電線は、図２に示す第１実施例と同じ断面形状１１ａを有する導体１０を有する。ただし、第４参考例において、導体１０は、基準直線１８が中心軸２と平行になるように配される。すなわち、第４参考例における導体１０は、第１実施例における導体１０の姿勢から、中心軸２を含む平面上において基準直線１８を９０°回転させた姿勢を取る。
【0044】
図１１は、第５参考例のコイルを示す断面図である。図１１に示すように、第５参考例のコイルに備えられる電線は、図２に示す第１実施例と同じ断面形状１１ａを有する導体１０を有する。ただし、第５参考例において、導体１０は、凹状の第１縁１４が中心軸２に対向し、凸状の第２縁１５がコイルの外側を向くように配される。すなわち、第５参考例における導体１０は、第１実施例における導体１０の姿勢から、中心軸２を含む平面に上において基準直線１８を１８０°回転させた姿勢を取る。
【0045】
表２は、評価対象のモデルに用いた導体の断面形状の一覧を示す。断面形状は、中心軸２を含む平面における断面積が２ｍｍ２となるように設計されている。Ｎｏ．１の断面形状は、図７に示す円形の断面形状１１ｄである。Ｎｏ．２の断面形状は、図８に示すＩ字状の断面形状１１ｅである。Ｎｏ．２の断面形状の長さＬ４は、間隔ｔが０．４ｍｍとなるように設計されている。Ｎｏ．３の断面形状は、図９に示すＯ字状の断面形状１１ｆである。Ｎｏ．３の断面形状の内径Ｒ２は、間隔ｔが０．４ｍｍとなるように設計されている。Ｎｏ．４～９の断面形状は、図３に示すＶ字状の断面形状１１ｂであり、互いに異なる角度θｖを有する。Ｎｏ．４～９の断面形状の長さＬ１は、間隔ｔが０．４ｍｍとなり、かつ、角度θｖが９０°～１６５°（１５°間隔）となるように設計されている。Ｎｏ．１０～１５の断面形状は、図４に示すＵ字状の断面形状１１ｃであり、互いに異なる角度θｕを有する。Ｎｏ．１０～１５の断面形状の長さＬ３は、間隔ｔが０．４ｍｍ、長さＬ２が２．５ｍｍ、かつ、角度θｕが９０°～１６５°（１５°間隔）となるように設計されている。Ｎｏ．１６～３８の断面形状は、図２に示す円弧状の断面形状１１ａであり、互いに異なる中心角θｓを有する。Ｎｏ．１６～３８の断面形状の半径Ｒ１は、間隔ｔが０．４ｍｍ、かつ、中心角θｓが１５°～３４５°（１５°間隔）となるように設計されている。
【0046】
【表2】
【0047】
評価対象のモデルは、Ｎｏ．１Ａ～３８Ａ，２７Ａ１，２７Ａ２のモデルを含む。Ｎｏ．１Ａのモデルは、Ｎｏ．１の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図７に示す第１参考例のコイル）に対応する。Ｎｏ．２Ａのモデルは、Ｎｏ．２の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回し、断面形状の基準直線１８が中心軸２と直交するコイル（図８に示す第２参考例のコイル）に対応する。Ｎｏ．３Ａのモデルは、Ｎｏ．３の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図９に示す第３参考例のコイル）に対応する。
【0048】
Ｎｏ．４Ａ～９Ａのモデルは、Ｎｏ．４～９の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図３に示す第２実施例のコイル１００Ａ）にそれぞれ対応する。
【0049】
Ｎｏ．１０Ａ～１５Ａのモデルは、Ｎｏ．１０～１５の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図４に示す第３実施例のコイル１００Ａ）にそれぞれ対応する。
【0050】
Ｎｏ．１６Ａ～３８Ａのモデルは、Ｎｏ．１６～３８の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図２に示す第１実施例のコイル１００Ａ）にそれぞれ対応する。なお、Ｎｏ．４Ａ～３８Ａのモデルは、第２縁１５が中心軸２に対向し、基準直線１８が中心軸２と直交するような姿勢をとる導体を有するコイルに対応する。
【0051】
Ｎｏ．２７Ａ１のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する電線を、基準直線１８が中心軸２と平行となるような姿勢となるように、中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図１０に示す第４参考例のコイル）に対応する。
【0052】
Ｎｏ．２７Ａ２のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する電線を、第１縁１４が中心軸２に対向し、かつ、基準直線１８が中心軸２と直交するような姿勢となるように、中心軸２の周りに１回巻回したコイル（図１１に示す第５参考例のコイル）に対応する。
【0053】
各モデルのコイル径ｄを５０ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表３～表５に示す。さらに、各モデルのコイル径ｄを１００ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表６～表８に示す。表３及び表６には、各周波数におけるインダクタンス（ｎＨ）が示され、表４及び表７には、各周波数における抵抗（Ω）が示され、表５及び表８には、各周波数におけるＱ値が示される。Ｑ値は、インダクタンスＬ及び抵抗Ｒを用いて、２πｆＬ／Ｒで表される。Ｑ値が高いほど損失が少ない。
【0054】
【表3】
【0055】
【表4】
【0056】
【表5】
【0057】
【表6】
【0058】
【表7】
【0059】
【表8】
【0060】
図１２は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１Ａ～３８Ａ，２７Ａ１，２７Ａ２のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図１２には、各モデルのコイル径ｄを５０ｍｍとしたときの電流分布が示される。なお、図１２には、左側に中心軸２が存在する導体断面における電流分布が示される。
【0061】
図１３は、コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態１における各モデルのＱ値を示すグラフである。図１４は、コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態１における各モデルのＱ値を示すグラフである。図１３及び図１４において、横軸は中心角θｓ，角度θｖ，θｕを示し、縦軸はＱ値を示す。なお、図１３及び図１４において、θｓ＝３６０°の点は、第３参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。また、θｓ＝０°の点およびθｖ，θｕ＝１８０°の点は、第２参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。
【0062】
図１３および図１４に示されるように、断面形状が円形である第１参考例に対応するＮｏ．１のモデルよりも、第１～第３実施例のコイルに対応するＮｏ．４Ａ～３８ＡのモデルのＱ値が高くなっている。これは、図１２に示されるように、断面形状が円形である第１参考例に対応するＮｏ．１Ａのモデルでは電流の偏在が顕著であるのに対し、第１～第３実施例のコイルに対応するＮｏ．４Ａ～３８Ａのモデルでは電流の偏在が抑制されているためである。
【0063】
第２実施例及び第３実施例のコイル（Ｖ字状及びＵ字状）に対応するＮｏ．４Ａ～１５ＡのモデルのＱ値よりも、第１実施例のコイル（円弧状）に対応するＮｏ．１６Ａ～３８ＡのモデルのＱ値の方が高くなる傾向が見られる。これは、図１２に示されるように、屈曲部２０～２２を有するＶ字状及びＵ字状の導体では、当該屈曲部２０～２２において電流が偏在しやすくなるのに対して、円弧状の導体では、屈曲部に起因する電流の偏在が抑制されるためである。
【0064】
Ｎｏ．２７Ａ，２７Ａ１，２７Ａ２のモデルは、いずれもθｓ＝１８０°の円弧状の導体を有するコイルに対応する。しかしながら、第４及び第５参考例のコイルに対応するＮｏ．２７Ａ１，２７Ａ２のモデルよりも、第１実施例のコイルに対応するＮｏ．２７ＡのモデルのＱ値が高いことが認められる。これは、凸状の第２縁１５（図２参照）が中心軸２と対向することにより、図１２に示されるように電流の偏在が抑制されるためである。
【0065】
図１３及び図１４に示されるように、円弧状の導体を有するコイルに対応するモデルのうち、中心角θＳが１５°～３４５°であるモデルのＱ値は、円形およびＩ字状の断面形状の導体を有するコイルに対応するモデルよりも高くなることが確認された。また、中心角θＳが１０５°～３４５°であるモデルのＱ値は、他の断面形状の導体を有するコイルに対応するモデルよりも高くなることが確認された。中心角θＳが１８０°～３４５°のときにＱ値がさらに高くなり、中心角θＳが２４０°～３４５°のときにＱ値がより一層高くなることが確認された。
【0066】
Ｖ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのうち、角度θｖが１０５°～１６５°のときにＱ値が高くなり、角度θｖが１２０°～１５０°のときにＱ値が特に高くなることが確認された。
【0067】
Ｕ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのうち、角度θｕが１０５°～１６５°のときにＱ値が高くなり、角度θｕが１０５°～１５０°のときにＱ値が特に高くなることが確認された。
【0068】
＜実施の形態２＞
図１５は、実施の形態２に係るコイルの外観斜視図である。図１５に示されるように、実施の形態２に係るコイル１００Ｂは、実施の形態１に係るコイル１００Ａと比較して、電線１が中心軸２の周りに螺旋状に複数回巻回される点で相違する。
図１５は、実施の形態２に係るコイルの外観斜視図である。図１５に示されるように、実施の形態２に係るコイル１００Ｂは、実施の形態１に係るコイル１００Ａと比較して、電線１が中心軸２の周りに螺旋状に複数回巻回される点で相違する。
【0069】
図１６は、第４実施例のコイルを示す断面図である。図１７は、第５実施例のコイルを示す断面図である。図１８は、第６実施例のコイルを示す断面図である。図１６～図１８には、中心軸２を含む平面におけるコイル１００Ｂの断面図が示される。図１６～図１８に示されるように、電線１は、中心軸２の周りに、中心軸２からの距離がｄ／２となるように螺旋状に複数回巻回される。ｄはコイル径である。なお、図１６～図１８には、コイル１００Ｂの一部のみが描かれている。すなわち、図１６～図１８において、中心軸２の左側に存在するコイル１００Ｂの断面の図示が省略されている。
【0070】
【0071】
すなわち、電線１は、中心軸２を含む平面における断面形状１１が非円形となる導体１０を含む。そして、断面形状１１は、電流が流れにくくなる箇所を回避又は迂回するために、細長く、かつ、長手方向の一方端である第１端１２と長手方向の他方端である第２端１３とが中心軸２から離れるように、曲がっている。また、第１端１２及び第２端１３は、全体が丸みを帯びた状態となるように先細りに形成されていることが好ましい。
【0072】
また、断面形状１１は、中心点１６を通り、第１端１２と第２端１３とを結ぶ線分１７と直交する基準直線１８に対して線対称であることが好ましい。電線１の任意の位置において、基準直線１８は、中心軸２に直交することが好ましい。
【0073】
さらに、凹状の第１縁１４がコイル１００Ｂの外側を向き、凸状の第２縁１５が中心軸２に対向する。断面形状１１は、第１縁１４と第２縁１５との間隔ｔが一定となるように形成されていることが好ましい。間隔ｔは、コイル１００Ｂの使用周波数における表皮深さ（電流が表面電流の１／ｅになる深さ）の２倍以下であることが好ましい。
【0074】
図１６に示されるように、第４実施例のコイル１００Ｂに備えられる導体１０の断面形状１１ａは、図２に示す実施の形態１の第１実施例と同様に円弧状である。コイル径ｄが５０ｍｍとなるように断面形状１１ａを有する導体１０を巻回する場合、後述するシミュレーション結果から、中心角θｓは、１５°～３３０°であることが好ましく、６０°～２８５°であることがより好ましく、９０°～２４０°であることがさらに好ましく、１０５°～２４０°であることが特に好ましい。コイル径ｄが１００ｍｍとなるように断面形状１１ａを有する導体１０を巻回する場合、中心角θｓは、６０°～３４５°であることが好ましく、１２０°～３４５°であることがより好ましく、１８０°～３００°であることがさらに好ましい。中心角θＳが上記値であることによって、電流の偏在がより効果的に抑制される。
【0075】
図１７に示されるように、第５実施例のコイル１００Ｂに備えられる導体１０の断面形状１１ｂは、図３に示す実施の形態１の第２実施例と同様にＶ字状である。コイル径ｄが５０ｍｍとなるように断面形状１１ｂを有する導体１０を巻回する場合、後述するシミュレーション結果から、屈曲部２０の内側に形成される角度θｖは、１２０°～１６５°であることが好ましい。コイル径ｄが１００ｍｍとなるように断面形状１１ｂを有する導体１０を巻回する場合、角度θｖは、９０°～１６５°であることが好ましく、１０５°～１６５°であることがより好ましく、１２０°～１６５°であることがさらに好ましい。角度θｖが上記値であることによって、電流の偏在がより効果的に抑制される。
【0076】
図１８に示されるように、第６実施例のコイル１００Ｂに備えられる導体１０の断面形状１１ｃは、図４に示す実施の形態１の第３実施例と同様にＵ字状である。コイル径ｄが５０ｍｍとなるように断面形状１１ｃを有する導体１０を巻回する場合、後述するシミュレーション結果から、屈曲部２１，２２の内側に形成される角度θｕは、１０５°～１６５°であることが好ましく、１２０°～１６５°であることがより好ましく、１２０°～１５０°であることがさらに好ましい。コイル径ｄが１００ｍｍとなるように断面形状１１ｃを有する導体１０を巻回する場合、角度θｕは、９０°～１６５°であることが好ましく、９０°～１５０°であることがより好ましく、１０５°～１３５°であることがさらに好ましい。角度θｕが上記値であることによって、電流の偏在がより効果的に抑制される。
【0077】
図１９は、第７実施例のコイルを示す断面図である。図１９に示されるように、第７実施例のコイル１００Ｂに備えられる導体１０の断面形状１１ａは、図１７に示す第１実施例と同様に円弧状である。ただし、第７実施例のコイル１００Ｂは、第４実施例のコイル１００Ｂと比較して、電線１の一部において基準直線１８が中心軸２と直交しない点で異なる。
【0078】
電線１は、中心軸２の対象区間３の周りに螺旋状に３回以上巻回される。図１９に示す例では、電線１は、１０回巻回されている。電線１は、対象区間３のうちの一方の端部側に位置する第１区間３ａの周りに巻回される第１部分１ａと、対象区間３のうちの他方の端部側に位置する第２区間３ｂの周りに巻回される第２部分１ｂと、対象区間３のうちの第１区間３ａと第２区間３ｂとの間に位置する第３区間３ｃの周りに巻回される第３部分１ｃと、を有する。第３部分１ｃにおける基準直線１８ｃは、中心軸２に直交する。第１部分１ａにおける基準直線１８ａは、第３部分１ｃに対応する基準直線１８ｃに対して、中心軸２との交点４０ａ，４０ｃ同士が離れる方向に傾斜する。第２部分１ｂにおける基準直線１８ｂは、第３部分１ｃに対応する基準直線１８ｃに対して、中心軸２との交点４０ｂ，４０ｃ同士が離れる方向に傾斜する。傾斜の度合いは、基準直線１８ａ，１８ｃと中心軸２に直交する線とのなす角度φによって表される。
【0079】
第１部分１ａ、第２部分１ｂ及び第３部分１ｃにおいて導体１０の姿勢を互いに異ならせることは、電線１がねじられることによってなされてもよく、導体１０の姿勢が互いに異なる状態で、第１部分１ａ、第２部分１ｂ及び第３部分１ｃを接合することによってなされてもよい。
【0080】
なお、図１９に示す例では、第１部分１ａおよび第２部分１ｂにおける巻回数は３回であり、第３部分１ｃにおける巻回数は４回である。ただし、第１部分１ａ、第２部分１ｂおよび第３部分１ｃにおける巻回数は、これに限定されない。
【0081】
後述するシミュレーション結果によって示されるように、第１部分１ａ及び第２部分１ｂの導体１０では、第３部分１ｃから遠い側に電流が流れやすい。そのため、図１９に示されるにように、第１部分１ａ及び第２部分１ｂにおける基準直線１８ａ，１８ｂを傾斜させることにより、電流が流れやすい部分に導体１０が位置することとなり、導体１０における電流の偏在が抑制される。
【0082】
実施の形態２においても、電線１は、導体１０を被覆する絶縁材を含んでもよい。絶縁材は、図５に示されるように、導体１０の全体を被覆してもよいし、図６に示されるようい、導体１０の一部を被覆してもよい。また、絶縁材は、中心軸２に沿って延びている、螺旋状に複数回巻回された導体１０を一括して被覆してもよい。
【0083】
（シミュレーション）
実施の形態１と同じ方法に従って、導体の断面形状および導体の姿勢の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
実施の形態１と同じ方法に従って、導体の断面形状および導体の姿勢の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
【0084】
評価対象のモデルは、図１６～図１９にそれぞれ示す第４～第７実施例のコイルに対応するモデルに加えて、以下に示す第６～第１１参考例のコイルに対応するモデルを含む。第６～第１１参考例のコイルは、図１５に示すコイル１００Ｂと同様に、中心軸２の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を含む。
【0085】
図２０は、第６参考例のコイルを示す断面図である。図２０に示されるように、第６参考例のコイルに備えられる導体１０の断面形状１１ｄは、図７に示す第１参考例と同様に円形状であり、直径Ｄ（図７参照）によって定義される。
【0086】
図２１は、第７参考例のコイルを示す断面図である。図２１に示されるように、第７参考例のコイルに備えられる導体１０の断面形状１１ｅは、図８に示す第２参考例と同様にＩ字状であり、長手方向の長さＬ４（図８参照）と、中心軸２側の縁と中心軸２とは反対側の縁との間隔ｔ（図８参照）とによって定義される。電線の任意の部分において、基準直線１８は、中心軸２に直交する。
【0087】
図２２は、第８参考例のコイルを示す断面図である。図２２に示されるように、第８参考例のコイルに備えられる導体１０の断面形状１１ｆは、図９に示す第３参考例と同様にＯ字状であり、外周縁と内周縁との間隔ｔ（図９参照）と内径Ｒ２（図９参照）とによって定義される。
【0088】
図２３は、第９参考例のコイルを示す断面図である。図２３に示すように、第９参考例のコイルに備えられる電線は、図１６に示す第４実施例と同じ断面形状１１ａを有する導体１０を有する。ただし、第９参考例において、電線１は、任意の部分において、基準直線１８が中心軸２と平行になるように配される。すなわち、第９参考例における断面形状１１ａは、第４実施例における姿勢から、中心軸２を含む平面上において基準直線１８を９０°回転させた姿勢を取る。
【0089】
図２４は、第１０参考例のコイルを示す断面図である。図２４に示すように、第１０参考例のコイルに備えられる電線は、図１６に示す第４実施例と同じ断面形状１１ａを有する導体１０を有する。ただし、第１０参考例において、電線１は、凹状の第１縁１４が中心軸２に対向し、凸状の第２縁１５がコイルの外側を向くように配される。すなわち、第１０参考例における断面形状１１ａは、第４実施例における姿勢から、中心軸２を含む平面に上において基準直線１８を１８０°回転させた姿勢を取る。
【0090】
図２５は、第１１参考例のコイルを示す断面図である。図２５に示すように、第１１参考例のコイルに備えられる電線の導体１０は、図２１に示す第７参考例と同じ断面形状１１ｅを有する。ただし、第１１参考例のコイルは、第７参考例のコイルと比較して、電線の一部において基準直線１８が中心軸２と直交しない点で異なる。具体的には、第７実施例と同様に、電線は、対象区間３のうちの一方の端部側に位置する第１区間３ａの周りに巻回される第１部分１ａと、対象区間３のうちの他方の端部側に位置する第２区間３ｂの周りに巻回される第２部分１ｂと、対象区間３のうちの第１区間３ａと第２区間３ｂとの間に位置する第３区間３ｃの周りに巻回される第３部分１ｃと、を有する。第３部分１ｃにおける基準直線１８ｃは、中心軸２に直交する。第１部分１ａにおける基準直線１８ａは、第３部分１ｃに対応する基準直線１８ｃに対して、中心軸２との交点４０ａ，４０ｃ同士が離れる方向に傾斜する。第２部分１ｂにおける基準直線１８ｂは、第３部分１ｃに対応する基準直線１８ｃに対して、中心軸２との交点４０ｂ，４０ｃ同士が離れる方向に傾斜する。傾斜の度合いは、基準直線１８ａ，１８ｃと中心軸２の法線とのなす角度φによって表される。第１部分１ａおよび第２部分１ｂにおける巻回数は３回であり、第３部分１ｃにおける巻回数は４回である。
【0091】
評価対象のモデルは、Ｎｏ．１Ｂ～３８Ｂ，２Ｂ１～２Ｂ３，１８Ｂ１～１８Ｂ３，２１Ｂ１～２１Ｂ３，２４Ｂ１～２４Ｂ３，２７Ｂ１～２７Ｂ５，３０Ｂ１～３０Ｂ３のモデルを含む。Ｎｏ．１Ｂのモデルは、表２に示すＮｏ．１の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図２０に示す第６参考例のコイル）に対応する。Ｎｏ．２Ｂのモデルは、Ｎｏ．２の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回し、断面形状の基準直線１８が中心軸２と直交するコイル（図２１に示す第７参考例のコイル）に対応する。Ｎｏ．３Ｂのモデルは、Ｎｏ．３の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図２２に示す第８参考例のコイル）に対応する。
【0092】
Ｎｏ．４Ｂ～９Ｂのモデルは、Ｎｏ．４～９の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図１７に示す第５実施例のコイル１００Ｂ）にそれぞれ対応する。
【0093】
Ｎｏ．１０Ｂ～１５Ｂのモデルは、Ｎｏ．１０～１５の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図１８に示す第６実施例のコイル１００Ｂ）にそれぞれ対応する。
【0094】
Ｎｏ．１６Ｂ～３８Ｂのモデルは、Ｎｏ．１６～３８の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図１６に示す第４実施例のコイル１００Ｂ）にそれぞれ対応する。
【0095】
なお、Ｎｏ．４Ｂ～３８Ｂのモデルは、第２縁１５が中心軸２に対向し、基準直線１８が中心軸２と直交するような姿勢をとる導体を有するコイルに対応する。
【0096】
Ｎｏ．２７Ｂ１のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する電線を、基準直線１８が中心軸２と平行となるような姿勢となるように、中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図２３に示す第９参考例のコイル）に対応する。
【0097】
Ｎｏ．２７Ｂ２のモデルは、第１縁１４が中心軸２に対向し、かつ、基準直線１８が中心軸２と直交するような姿勢となるように、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図２４に示す第１０参考例のコイル）に対応する。
【0098】
Ｎｏ．２Ｂ１～２Ｂ３のモデルは、第１部分１ａおよび第２部分１ｂの基準直線１８ａ，１８ｂが中心軸２の法線に対して傾斜し、第３部分１ｃの基準直線１８ｃが中心軸２に直交するように、Ｎｏ．２の断面形状の導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図２５に示す第１１参考例のコイル）に対応する。Ｎｏ．２Ｂ１～２Ｂ３のモデルは、角度φ（図２５参照）がそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイルに対応する。第１部分１ａおよび第２部分１ｂの巻回数を３回とし、第３部分１ｃの巻回数は４回とした。
【0099】
Ｎｏ．１８Ｂ１～１８Ｂ３，２１Ｂ１～２１Ｂ３，２４Ｂ１～２４Ｂ３，２７Ｂ３～２７Ｂ５，３０Ｂ１～３０Ｂ３のモデルは、第１部分１ａおよび第２部分１ｂの基準直線１８ａ，１８ｂが中心軸２の法線に対して傾斜し、第３部分１ｃの基準直線１８ｃが中心軸２に直交するように、断面形状１１ａの導体を有する電線を中心軸２の周りに螺旋状に１０回巻回したコイル（図１９に示す第７実施例のコイル）に対応する。第１部分１ａおよび第２部分１ｂの巻回数を３回とし、第３部分１ｃの巻回数は４回とした。
【0100】
Ｎｏ．１８Ｂ１～１８Ｂ３のモデルは、Ｎｏ．１８の断面形状１１ａの導体を有するコイル１００Ｂに対応する。Ｎｏ．２１Ｂ１～２１Ｂ３のモデルは、Ｎｏ．２１の断面形状１１ａの導体を有するコイル１００Ｂに対応する。Ｎｏ．２４Ｂ１～２４Ｂ３のモデルは、Ｎｏ．２４の断面形状１１ａの導体を有するコイル１００Ｂに対応する。Ｎｏ．２７Ｂ３～２７Ｂ５のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状１１ａの導体を有するコイル１００Ｂに対応する。Ｎｏ．３０Ｂ１～３０Ｂ３のモデルは、Ｎｏ．３０の断面形状１１ａの導体を有するコイル１００Ｂに対応する。
【0101】
Ｎｏ．１８Ｂ１，２１Ｂ１，２４Ｂ１，２７Ｂ３，３０Ｂ１のモデルは、角度φ（図１９参照）が３０°に設計されたコイルに対応する。Ｎｏ．１８Ｂ２，２１Ｂ２，２４Ｂ２，２７Ｂ４，３０Ｂ２のモデルは、角度φ（図１９参照）が４５°に設計されたコイルに対応する。Ｎｏ．１８Ｂ３，２１Ｂ３，２４Ｂ３，２７Ｂ５，３０Ｂ３のモデルは、角度φ（図１９参照）が６０°に設計されたコイルに対応する。
【0102】
各モデルにおいて、巻回される電線１間のピッチＰ１（図１６～２５参照）は６ｍｍに設定される。
【0103】
各モデルのコイル径ｄを５０ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表９～表１４に示す。さらに、各モデルのコイル径ｄを１００ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表１５～表２０に示す。表９，１０，１５，１６には、各周波数におけるインダクタンス（μＨ）が示され、表１１，１２，１７，１８には、各周波数における抵抗（Ω）が示され、表１３，１４，１９，２０には、各周波数におけるＱ値が示される。
【0104】
【表9】
【0105】
【表10】
【0106】
【表11】
【0107】
【表12】
【0108】
【表13】
【0109】
【表14】
【0110】
【表15】
【0111】
【表16】
【0112】
【表17】
【0113】
【表18】
【0114】
【表19】
【0115】
【表20】
【0116】
図２６は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１Ｂ～１５Ｂのモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図２７は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．１６Ｂ～３０Ｂのモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図２８は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．３１Ｂ～３８Ｂ，２７Ｂ１，２７Ｂ２のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図２９は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．２Ｂ１～２Ｂ３，１８Ｂ１～１８Ｂ３，２１Ｂ１～２１Ｂ３のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図３０は、周波数が１００ｋＨｚのときの、Ｎｏ．２４Ｂ１～２４Ｂ３，２７Ｂ３～２７Ｂ５，３０Ｂ１～３０Ｂ３のモデルの導体断面における電流分布を示す図である。図２６～図３０には、各モデルのコイル径ｄを５０ｍｍとしたときの電流分布が示される。なお、図２６～図３０には、左側に中心軸２が存在する導体断面における電流分布が示される。
【0117】
図３１は、コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態２における各モデルのＱ値を示すグラフである。図３２は、コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態２における各モデルのＱ値を示すグラフである。図３１及び図３２において、横軸は中心角θｓ，角度θｖ，θｕを示し、縦軸はＱ値を示す。なお、図３１及び図３２において、θｓ＝３６０°の点は、第８参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。また、θｓ＝０°の点およびθｖ，θｕ＝１８０°の点は、第７参考例または第１１参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。
【0118】
実施の形態１と同様に、導体の断面形状が円形である第６参考例に対応するＮｏ．１Ｂのモデルよりも、第４～第６実施例のコイルに対応するＮｏ．４Ｂ～３８ＢのモデルのＱ値が高いことが認められる。
【0119】
また、第５実施例及び第６実施例のコイル（Ｖ字状及Ｕ字状）のコイルに対応するＮｏ．４Ｂ～１５ＢのモデルのＱ値よりも、第４実施例のコイル（円弧状）のコイルに対応するＮｏ．１６Ｂ～３８ＢのモデルのＱ値の方が高くなる傾向が見られる。
【0120】
Ｎｏ．２７Ｂ，２７Ｂ１，２７Ｂ２のモデルは、いずれもθｓ＝１８０°の円弧状の導体を有するコイルに対応する。しかしながら、第９及び第１０参考例のコイルに対応するＮｏ．２７Ｂ１，２７Ｂ２のモデルよりも、第４実施例のコイルに対応するＮｏ．２７ＢのモデルのＱ値が高いことが認められる。
【0121】
円弧状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が中心角θｓに依存することが認められる。具体的には、コイル径ｄが５０ｍｍの場合、中心角θｓが１５°～３３０°のときにＱ値が高くなり、中心角θｓが６０°～２８５°のときにＱ値がより高くなり、中心角θｓが９０°～２４０°のときにＱ値がさらに高くなり、中心角θｓが１０５°～２４０°のときにＱ値が特に高くなる。コイル径ｄが１００ｍｍの場合、中心角θｓが６０°～３４５°のときにＱ値が高くなり、中心角θｓが１２０°～３４５°のときにＱ値がより高くなり、中心角θｓが１８０°～３００°のときにＱ値がさらに高くなる。
【0122】
さらに、中心軸２の対象区間３の両端側に位置する第１区間３ａ及び第２区間３ｂの周りに巻回される電線１の第１部分１ａ及び第２部分１ｂの基準直線１８ａ，１８ｂを傾斜させることにより、Ｑ値が顕著に高くなることが認められる。図２７及び図２８に示されるように、上方側端部の第１部分１ａの導体において、電流は、上方側に集中しやすい。一方、下方側端部の第２部分１ｂの導体において、電流は、下方側に集中しやすい。そのため、図２９及び図３０に示されるように、電流が集中しやすい方向に導体の姿勢を傾けることにより、導体における電流の偏在が抑制される。
【0123】
Ｖ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が角度θｖに依存することが認められる。コイル径ｄが５０ｍｍの場合、角度θｖが１２０°～１６５°であるときにＱ値が高くなる。コイル径ｄが１００ｍｍである場合、角度θｖが９０°～１６５°であるときに高くなり、角度θｖが９０°～１５０°であるときにより高くなり、角度θｖが１０５°～１３５°であるときにさらに高くなる。
【0124】
Ｕ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が角度θｕに依存することが認められる。コイル径ｄが５０ｍｍの場合、角度θｕが１０５°～１６５°であるときに高くなり、角度θｕが１２０°～１６５°であるときにより高くなり、角度θｕが１２０°～１５０°であるときにさらに高くなる。コイル径ｄが１００ｍｍである場合、角度θｕが９０°～１６５°であるときに高くなり、角度θｕが９０°～１５０°であるときにより高くなり、角度θｕが１０５°～１３５°であるときにさらに高くなる。
【0125】
＜実施の形態３＞
図３３は、実施の形態３に係るコイルの外観斜視図である。図３３に示されるように、実施の形態３に係るコイル１００Ｃは、実施の形態２に係るコイル１００Ｂと比較して、中心軸２と電線１との距離が中心軸２に沿って増大または減少する点で相違する。図３３に示す例では、中心軸２の上方にいくほど、中心軸２と電線１との距離が増大する。図３３に示されるように、コイル径ｄは、電線１のうち中心軸２に最も近く巻回された部分の直径である。
図３３は、実施の形態３に係るコイルの外観斜視図である。図３３に示されるように、実施の形態３に係るコイル１００Ｃは、実施の形態２に係るコイル１００Ｂと比較して、中心軸２と電線１との距離が中心軸２に沿って増大または減少する点で相違する。図３３に示す例では、中心軸２の上方にいくほど、中心軸２と電線１との距離が増大する。図３３に示されるように、コイル径ｄは、電線１のうち中心軸２に最も近く巻回された部分の直径である。
【0126】
図３４は、第８実施例のコイルを示す断面図である。第８実施例のコイル１００Ｃは、図１６に示す第４実施例のコイル１００Ｂに対して実施の形態３の構成を適用することにより得られる。すなわち、図３４に示されるように、第８実施例のコイル１００Ｃは、第４実施例のコイル１００Ｂと比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。
【0127】
同様に、図１７～図１９に示す第５～第７実施例のコイル１００Ｂに対して実施の形態３の構成を適用することにより、第９～第１１実施例のコイル（図示せず）がそれぞれ得られる。すなわち、第９実施例のコイル１００Ｃは、第５実施例のコイル１００Ｂ（図１７参照）と比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。第１０実施例のコイル１００Ｃは、第６実施例のコイル１００Ｂ（図１８参照）と比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。第１１実施例のコイル１００Ｃは、第７実施例のコイル１００Ｂ（図１９参照）と比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。
【0128】
（シミュレーション）
実施の形態２と同じ方法に従って、導体の断面形状の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
実施の形態２と同じ方法に従って、導体の断面形状の異なる複数のコイルの各々のモデルを評価した。
【0129】
評価対象のモデルは、第８～第１１実施例のコイル１００Ｃに対応するモデルに加えて、第１２～第１７参考例のコイル（図示せず）に対応するモデルを含む。第１２～第１７参考例のコイルは、図２０～図２５に示す第６～第１１参考例のコイルに対して実施の形態３の構成をそれぞれ適用することにより得られる。すなわち、第１２～第１７参考例のコイルは、第６～第１１参考例のコイルとそれぞれ比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。
【0130】
評価対象のモデルは、Ｎｏ．１Ｃ～３８Ｃ，２Ｃ１～２Ｃ３，１８Ｃ１～１８Ｃ３，２１Ｃ１～２１Ｃ３，２５Ｃ１～２５Ｃ３，２７Ｃ１～２７Ｃ５，２９Ｃ１～２９Ｃ３のモデルを含む。Ｎｏ．１Ｃ～３８Ｃ，２Ｃ１～２Ｃ３，１８Ｃ１～１８Ｃ３，２１Ｃ１～２１Ｃ３，２５Ｃ１～２５Ｃ３，２７Ｃ１～２７Ｃ５，２９Ｃ１～２９Ｃ３のモデルは、上記のＮｏ．１Ｂ～３８Ｂ，２Ｂ１～２Ｂ３，１８Ｂ１～１８Ｂ３，２１Ｂ１～２１Ｂ３，２５Ｂ１～２５Ｂ３，２７Ｂ１～２７Ｂ５，２９Ｂ１～２９Ｂ３のモデルとそれぞれ比較して、中心軸２に沿って電線１を螺旋状に１回巻回する間に中心軸２と電線１との距離がピッチＰ２だけ大きくなる点でのみ相違する。
【0131】
すなわち、Ｎｏ．１Ｃのモデルは、表２に示すＮｏ．１の断面形状の導体を有する、第１２参考例のコイルに対応する。Ｎｏ．２Ｃのモデルは、Ｎｏ．２の断面形状の導体を有する、第１３参考例のコイルに対応する。Ｎｏ．３Ｃのモデルは、Ｎｏ．３の断面形状の導体を有する、第１４参考例のコイルに対応する。Ｎｏ．４Ｃ～９Ｃのモデルは、Ｎｏ．４～９の断面形状の導体をそれぞれ有する、第９実施例のコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．１０Ｃ～１５Ｃのモデルは、Ｎｏ．１０～１５の断面形状の導体をそれぞれ有する、第１０実施例のコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．１６Ｃ～３８Ｃのモデルは、Ｎｏ．１６～３８の断面形状の導体をそれぞれ有する、第８実施例のコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．２７Ｃ１のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する第１５参考例のコイルに対応する。Ｎｏ．２７Ｃ２のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する第１６参考例のコイルに対応する。
【0132】
Ｎｏ．２Ｃ１～２Ｃ３のモデルは、Ｎｏ．２の断面形状の導体を有する第１７参考例のコイルであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイルに対応する。Ｎｏ．１８Ｃ１～１８Ｃ３のモデルは、Ｎｏ．１８の断面形状の導体を有する第１１実施例のコイル１００Ｃであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．２１Ｃ１～２１Ｃ３のモデルは、Ｎｏ．２１の断面形状の導体を有する第１１実施例のコイル１００Ｃであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．２４Ｃ１～２４Ｃ３のモデルは、Ｎｏ．２４の断面形状の導体を有する第１１実施例のコイル１００Ｃであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．２７Ｃ３～２７Ｃ５のモデルは、Ｎｏ．２７の断面形状の導体を有する第１１実施例のコイル１００Ｃであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイル１００Ｃに対応する。Ｎｏ．３０Ｃ１～３０Ｃ３のモデルは、Ｎｏ．３０の断面形状の導体を有する第１１実施例のコイル１００Ｃであって、基準直線１８ａ，１８ｂと中心軸２の法線とのなす角度φがそれぞれ３０°，４５°，６０°に設計されたコイル１００Ｃに対応する。
【0133】
各モデルにおいて、巻回される電線１間のピッチＰ１（図３４参照）は６ｍｍに設定され、ピッチＰ２は３ｍｍに設定されている。
【0134】
各モデルのコイル径ｄを５０ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表２１～表２６に示す。さらに、各モデルのコイル径ｄを１００ｍｍとしたときのシミュレーションの結果を表２７～表３２に示す。表２１，２２，２７，２８には、各周波数におけるインダクタンス（μＨ）が示され、表２３，２４，２９，３０には、各周波数における抵抗（Ω）が示され、表２５，２６，３１，３２には、各周波数におけるＱ値が示される。
【0135】
【表21】
【0136】
【表22】
【0137】
【表23】
【0138】
【表24】
【0139】
【表25】
【0140】
【表26】
【0141】
【表27】
【0142】
【表28】
【0143】
【表29】
【0144】
【表30】
【0145】
【表31】
【0146】
【表32】
【0147】
図３５は、コイル径ｄが５０ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態３における各モデルのＱ値を示すグラフである。図３６は、コイル径ｄが１００ｍｍであり、周波数が１００ｋＨｚであるときの、実施の形態３における各モデルのＱ値を示すグラフである。図３５及び図３６において、横軸は中心角θｓ，角度θｖ，θｕを示し、縦軸はＱ値を示す。なお、図３５及び図３６において、θｓ＝３６０°の点は、第１３参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。また、θｓ＝０°の点およびθｖ，θｕ＝１８０°の点は、第１３参考例または第１７参考例のコイルに対応するモデルから得られた値を示している。
【0148】
実施の形態１と同様に、導体の断面形状が円形である第１２参考例に対応するＮｏ．１Ｃのモデルよりも、第８～第１０実施例のコイルに対応するＮｏ．４Ｃ～３８ＣのモデルのＱ値が高いことが認められる。
【0149】
また、第９実施例及び第１０実施例のコイル（Ｖ字状及びＵ字状）のコイルに対応するＮｏ．４Ｃ～１５ＣのモデルのＱ値よりも、第４実施例のコイル（円弧状）のコイルに対応するＮｏ．１６Ｃ～３８ＣのモデルのＱ値の方が高くなる傾向が見られる。
【0150】
Ｎｏ．２７Ｃ，２７Ｃ１，２７Ｃ２のモデルは、いずれもθｓ＝１８０°の円弧状の導体を有するコイルに対応する。しかしながら、第１５及び第１６参考例のコイルに対応するＮｏ．２７Ｃ１，２７Ｃ２のモデルよりも、第８実施例のコイルに対応するＮｏ．２７ＣのモデルのＱ値が高いことが認められる。
【0151】
円弧状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が中心角θｓに依存することが認められる。具体的には、コイル径ｄが５０ｍｍの場合、中心角θｓが６０°～３４５°のときにＱ値が高くなり、中心角θｓが９０°～３００°のときにＱ値がより高くなり、中心角θｓが１２０°～２５５°のときにＱ値がさらに高くなる。コイル径ｄが１００ｍｍの場合、中心角θｓが６０°～３４５°のときにＱ値が高くなり、中心角θｓが９０°～３４５°のときにＱ値がより高くなり、中心角θｓが１２０°～３３０°のときにＱ値がさらに高くなり、中心角θｓが１８０°～３００°のときにＱ値が特に高くなる。
【0152】
さらに、中心軸２の対象区間３の両端側に位置する第１区間３ａ及び第２区間３ｂの周りに巻回される電線１の第１部分１ａ及び第２部分１ｂの基準直線１８ａ，１８ｂを傾斜させることにより、Ｑ値が顕著に高くなることが認められる。
【0153】
Ｖ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が角度θｖに依存することが認められる。角度θｖが１０５°～１６５°であるときにＱ値が高くなり、角度θｖが１２０°～１５０°であるときにより高くなる。
【0154】
Ｕ字状の導体を有するコイルに対応するモデルのシミュレーション結果から、Ｑ値が角度θｕに依存することが認められる。角度θｕが１０５°～１６５°であるときに高くなり、角度θｕが１２０°～１５０°であるときにより高くなる。
【0155】
＜変形例＞
上記の説明では、導体１０の断面形状１１として、円弧状、Ｖ字状及びＵ字状のものを示したが、断面形状１１は、これらの形状に限定されない。例えば、導体１０の断面形状１１は、第１端１２及び第２端１３が中心軸２から離れるように、３以上の屈曲部を有していてもよい。屈曲部の個数が多くなるにつれて、円弧状に近づき、電流の偏在が生じにくくなるため、屈曲部の個数は多い方が好ましい。その場合、屈曲部の外側は面取りされている形状であることが好ましい。
上記の説明では、導体１０の断面形状１１として、円弧状、Ｖ字状及びＵ字状のものを示したが、断面形状１１は、これらの形状に限定されない。例えば、導体１０の断面形状１１は、第１端１２及び第２端１３が中心軸２から離れるように、３以上の屈曲部を有していてもよい。屈曲部の個数が多くなるにつれて、円弧状に近づき、電流の偏在が生じにくくなるため、屈曲部の個数は多い方が好ましい。その場合、屈曲部の外側は面取りされている形状であることが好ましい。
【0156】
＜適用例＞
上記の実施の形態１～３に係るコイル１００Ａ～１００Ｃは、磁界結合式ワイヤレス給電用コイルとして好適に用いられ得る。磁界結合式ワイヤレス給電用コイルとしては、例えば、比較的小型のウェアラブル機器の充電用コイル、スマートフォン充電用コイルや、比較的大型の電気自動車のバッテリー充電用コイルが挙げられる。また、このような非接触給電用コイルでは、通常８５ｋＨｚ、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚなどの交流電流が流され、本実施形態のコイル１００Ａ～１００Ｃは、１０ｋＨｚ以上又は１００ｋＨｚ以上の交流電流が流される用途において、好適に用いられ得る。
上記の実施の形態１～３に係るコイル１００Ａ～１００Ｃは、磁界結合式ワイヤレス給電用コイルとして好適に用いられ得る。磁界結合式ワイヤレス給電用コイルとしては、例えば、比較的小型のウェアラブル機器の充電用コイル、スマートフォン充電用コイルや、比較的大型の電気自動車のバッテリー充電用コイルが挙げられる。また、このような非接触給電用コイルでは、通常８５ｋＨｚ、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚなどの交流電流が流され、本実施形態のコイル１００Ａ～１００Ｃは、１０ｋＨｚ以上又は１００ｋＨｚ以上の交流電流が流される用途において、好適に用いられ得る。
【0157】
また、上記の実施の形態１～３に係るコイル１００Ａ～１００Ｃは、電界共振結合式ワイヤレス給電の共振用コイルとして好適に用いられ得る。電界共振結合式ワイヤレス給電の用途としては、電気自動車や電車が挙げられる。このような電界共振結合式ワイヤレス給電では、通常６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚなどの交流電流が流され、本実施形態のコイル１００Ａ～１００Ｃは、１０ｋＨｚ以上又は１００ｋＨｚ以上の交流電流が流される用途において、好適に用いられ得る。電界共振結合式ワイヤレス給電の共振用コイルとは、電界結合式ワイヤレス給電の送電側あるいは受電側の電力伝送カプラを含む電気回路において、力率を改善し共振状態を発生させるために挿入されるコイルである。
【0158】
磁界結合式ワイヤレス給電用コイルや電界共振結合式ワイヤレス給電の共振用コイルに限らず、特に、通常コイル用電線として使用されるリッツ線の抵抗が大きくなるような高周波数の用途や、リッツ線が使用困難であるような小型の用途では、リッツ線を用いたコイルにとって代わり上記の実施の形態１～３に係るコイル１００Ａ～１００Ｃが好適に用いられ得る。「高周波数」とは、好ましくは１ＭＨｚ以上の周波数であり、より好ましくは５ＭＨｚ以上の周波数である。
【0159】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0160】
１ 電線、１ａ 第１部分、１ｂ 第２部分、１ｃ 第３部分、２ 中心軸、３ 対象区間、３ａ 第１区間、３ｂ 第２区間、３ｃ 第３区間、１０ 導体、１１，１１ａ～１１ｆ 断面形状、１２ 第１端、１３ 第２端、１４ 第１縁、１５ 第２縁、１６ 中心点、１７ 線分、１８，１８ａ～１８ｃ 基準直線、２０～２２ 屈曲部、３０ 絶縁材、４０ａ～４０ｃ 交点、１００Ａ～１００Ｃ コイル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】