(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】P2024098796
(43)【公開日】2024-07-24
(54)【発明の名称】コイル
(51)【国際特許分類】
H01F 5/00 20060101AFI20240717BHJP
H01F 27/28 20060101ALI20240717BHJP
H05B 6/36 20060101ALI20240717BHJP
【ＦＩ】
H01F5/00 F
H01F27/28 K
H01F27/28 176
H05B6/36 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023002512
(22)【出願日】2023-01-11
(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
【テーマコード（参考）】
3K059
5E043
【Ｆターム（参考）】
3K059AA08
3K059CD77
3K059CD79
5E043AB09
5E043BA01
5E043DA06
(57)【要約】
【課題】導体抵抗の増大が抑制されるコイルを提供する。
【解決手段】コイル１００は、中心軸２の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線１を備える。電線１は、電線１の長手方向に直交する平面における断面形状１１が細長い導体１０を含む。導体１０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１０ａ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１０ｂと、を有する。第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの断面形状１１は、断面形状１１の長手方向に沿った２つの縁１２を有し、２つの縁１２のうちの一方が凸状縁１２ａとなり、他方が凹状縁１２ｂとなるように曲がっている。導体１０に交流電流が流されたとき、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向く。
【選択図】図２
【解決手段】コイル１００は、中心軸２の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線１を備える。電線１は、電線１の長手方向に直交する平面における断面形状１１が細長い導体１０を含む。導体１０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１０ａ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１０ｂと、を有する。第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの断面形状１１は、断面形状１１の長手方向に沿った２つの縁１２を有し、２つの縁１２のうちの一方が凸状縁１２ａとなり、他方が凹状縁１２ｂとなるように曲がっている。導体１０に交流電流が流されたとき、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向く。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側に磁性体を配置した状態で交流電流が流されるコイルであって、
中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含み、
前記導体は、
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、を有し、
前記第１部分および前記第２部分の前記第１断面形状は、
前記第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、
前記２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっており、
前記導体に前記交流電流が流されたとき、前記凸状の縁の周囲の磁束は、前記凸状の縁に亘って前記凸状の縁に沿った同一方向を向く、コイル。
中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含み、
前記導体は、
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、を有し、
前記第１部分および前記第２部分の前記第１断面形状は、
前記第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、
前記２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっており、
前記導体に前記交流電流が流されたとき、前記凸状の縁の周囲の磁束は、前記凸状の縁に亘って前記凸状の縁に沿った同一方向を向く、コイル。
【請求項2】
内側に磁性体を配置した状態で交流電流が流されるコイルであって、
中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含み、
前記導体は、
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、を有し、
前記第１部分および前記第２部分の前記第１断面形状は、
前記第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、
前記２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっており、
前記導体は、前記第１部分における前記凹状の縁と前記第２部分における前記凹状の縁とが互いに対向するように配置される、コイル。
中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備え、
前記電線は、前記電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含み、
前記導体は、
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、を有し、
前記第１部分および前記第２部分の前記第１断面形状は、
前記第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、
前記２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっており、
前記導体は、前記第１部分における前記凹状の縁と前記第２部分における前記凹状の縁とが互いに対向するように配置される、コイル。
【請求項3】
前記電線は、前記平面で切ったときに、前記凹状の縁との間に閉空間が形成されるように前記導体に接続される不導体の蓋をさらに含む、請求項１または２に記載のコイル。
【請求項4】
前記電線は、前記平面における第２断面形状が前記第１断面形状を取り囲む環状であるカバー管をさらに含み、前記カバー管は不導体であり、
前記第２断面形状と前記第１断面形状との間に隙間が形成される、請求項１または２に記載のコイル。
前記第２断面形状と前記第１断面形状との間に隙間が形成される、請求項１または２に記載のコイル。
【請求項5】
前記第１断面形状は、前記凸状の縁よりも前記凹状の縁に近い位置に形成された中空部分を有する、請求項１または２に記載のコイル。
【請求項6】
誘導加熱コイルである、請求項１または２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、誘導加熱装置が知られている。例えば、特開２０１０－１０８６０２号公報（特許文献１）には、磁性材からなる略筒形状の発熱部を覆うように、発熱部の軸方向に所定の間隔を開けて巻回されるコイルを有する高周波誘導加熱装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１０－１０８６０２号公報
【特許文献2】特開２０００－１４４２３７号公報
【特許文献3】特開２０２２－２２２６号公報
【特許文献4】特開２０１５－２２００６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
高周波誘導加熱装置のコイルにおいては、表皮効果や近接効果の影響により電流分布の偏り及び逆流電流が生じうる。電流分布の偏り及び逆流電流が生じると、導体抵抗が増大する。特許文献１には、このような導体抵抗の増大について考慮されていない。
【0005】
本開示は、上記の問題点に着目してなされたもので、導体抵抗の増大が抑制可能なコイルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一側面に係るコイルは、内側に磁性体を配置した状態で交流電流が流される。コイルは、中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備える。電線は、電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含む。導体は、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、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、を有する。第１部分および第２部分の第１断面形状は、第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっている。導体に交流電流が流されたとき、凸状の縁の周囲の磁束は、凸状の縁に亘って凸状の縁に沿った同一方向を向く。
【0007】
本開示の別の側面に係るコイルは、内側に磁性体を配置した状態で交流電流が流される。コイルは、中心軸の対象区間の周りに螺旋状に複数回巻回された電線を備える。電線は、電線の長手方向に直交する平面における第１断面形状が細長い導体を含む。導体は、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、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、を有する。第１部分および第２部分の第１断面形状は、第１断面形状の長手方向に沿った２つの縁を有し、２つの縁のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲がっている。導体は、第１部分における凹状の縁と第２部分における凹状の縁とが互いに対向するように配置される。
【0008】
上記のコイルによれば、導体における逆流電流の発生及び電流分布の偏りが抑制される。その結果、導体抵抗の増大が抑制される。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、導体抵抗の増大が抑制可能なコイルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態に係るコイルの外観斜視図である。
【図2】第１実施例のコイルの断面図である。
【図3】第２実施例のコイルの断面図である。
【図4】本実施の形態に係る電線が有し得る第１冷却構造を示す図である。
【図5】本実施の形態に係る電線が有し得る第２冷却構造を示す図である。
【図6】本実施の形態に係る電線が有し得る第３冷却構造を示す図である。
【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１～第５モデルにおける導体の電流分布の解析結果を示す図である。
【図11】第１モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【図12】第３モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【図13】第４モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【図14】第５モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【図15】第６モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【図16】磁性体の底面の半径Ｒ２を４０ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。
【図17】磁性体の底面の半径Ｒ２を３０ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。
【図18】磁性体の底面の半径Ｒ２を５ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。
【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。
【0012】
＜コイルの構成＞
図１は、実施の形態に係るコイルの外観斜視図である。コイル１００は、内側に磁性体２００を配置した状態で交流電流が流される。実施の形態に係るコイル１００は、誘導加熱コイルとして使用される。コイル１００に交流電流が流されると、コイル１００によって形成される磁束に応じて磁性体２００に渦電流が誘導され、磁性体２００が加熱される。
図１は、実施の形態に係るコイルの外観斜視図である。コイル１００は、内側に磁性体２００を配置した状態で交流電流が流される。実施の形態に係るコイル１００は、誘導加熱コイルとして使用される。コイル１００に交流電流が流されると、コイル１００によって形成される磁束に応じて磁性体２００に渦電流が誘導され、磁性体２００が加熱される。
【0013】
図１に示されるように、コイル１００は、中心軸２の周りに螺旋状に複数回巻回された電線１を備える。
【0014】
図２は、第１実施例のコイルの断面図である。図３は、第２実施例のコイルの断面図である。図２および図３には、電線１の長手方向に直交する平面（言い換えると、中心軸２を含む平面）におけるコイル１００の断面図が示される。図２および図３に示されるように、電線１は、中心軸２の対象区間３の周りに、中心軸２からの距離（つまり、コイル半径）がＲ１となるように複数回巻回される。なお、図２および図３には、コイル１００の一部のみが描かれている。すなわち、図２および図３において、中心軸２の左側に存在するコイル１００の断面の図示が省略されている。
【0015】
【0016】
導体１０は、中心軸２の対象区間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１０ａ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１０ｂと、を有する。さらに、図３に示す第２実施例のコイル１００では、導体１０は、対象区間３のうち第１区間３ａと第２区間３ｂとの間の第３区間３ｃの周りに巻回される第３部分１０ｃを有する。
【0017】
図２に示す第１実施例のコイル１００では、第１部分１０ａは、第１区間３ａの周りに４回巻かれており、第２部分１０ｂは、第２区間３ｂの周りに４回巻かれている。一方、図３に示す第２実施例のコイル１００では、第１部分１０ａは、第１区間３ａの周りに３回巻かれており、第３部分１０ｃは、第３区間３ｃの周りに２回巻かれており、第２部分１０ｂは、第２区間３ｂの周りに３回巻かれている。
【0018】
第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂにおける導体１０の断面形状１１は、断面形状１１の長手方向に沿った２つの縁１２を有し、２つの縁１２のうちの一方が凸状の縁（以下、「凸状縁１２ａ」と称する。）となり、他方が凹状の縁（以下、「凹状縁１２ｂ」と称する。）となるように曲がっている。
【0019】
導体１０は、第１部分１０ａにおける凹状縁１２ｂと第２部分１０ｂにおける凹状縁１２ｂとが互いに対向するように配置される。これにより、第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂにおいて、表皮効果の影響により凸状縁１２ａ側に順電流が集中しやすくなる。ただし、後述するように、交流電流が流されたときの凸状縁１２ａの周囲の磁束は、凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向く。その結果、凸状縁１２ａの全体に亘って、逆流電流の発生及び電流分布の偏りが抑制され、導体１０の抵抗の増大が抑制される。
【0020】
なお、第１部分１０ａから第２部分１０ｂに遷移する間に、断面形状１１は、第１部分１０ａの曲がり状態（第２部分１０ｂから第１部分１０ａに向けた方向に凸となる状態）から、第２部分１０ｂの曲がり状態（第１部分１０ａから第２部分１０ｂに向けた方向に凸となる状態）に変化する。
【0021】
図２に示す第１実施例のコイル１００では、導体１０における第１部分１０ａと第２部分１０ｂとの間において、断面形状１１は、第１部分１０ａの曲がり状態から第２部分１０ｂの曲がり状態に変化する。具体的には、導体１０を、電線１の長手方向に沿った軸を中心としてねじり、１８０°回転してもよい。あるいは、断面形状１１の曲がり方向が反転した状態で連結させてもよい。これらにより、第１部分１０ａにおける凹状縁１２ｂと第２部分１０ｂにおける凹状縁１２ｂとが互いに対向する。
【0022】
図３に示す第２実施例のコイル１００では、第３部分１０ｃにおける導体１０の断面形状１１は、矩形（Ｉ字状）である。すなわち、断面形状１１の２つの縁１２は、直線状である。そして、第１部分１０ａと第３部分１０ｃとの間において、導体１０の断面形状１１は、第１部分１０ａの曲がり状態から第３部分１０ｃのＩ字状に変化する。第３部分１０ｃと第２部分１０ｂとの間において、導体１０の断面形状１１は、第３部分１０ｃのＩ字状から第２部分１０ｂの曲がり状態に変化する。
【0023】
導体１０は、厚みｔ（つまり、２つの縁１２の間隔）が一定となるように形成されていることが好ましい。厚みｔは、コイル１００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。
【0024】
導体１０の第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂにおける断面形状１１は、図２および図３に示されるように、中心角θの円弧状であることが好ましい。これにより、導体１０における逆流電流の発生及び電流分布の偏りがより一層抑制される。
【0025】
断面形状１１が中心角θの円弧状である場合、中心角θは、１５°以上３００°以下であることが好ましく、４５°以上２７０°以下であることがより好ましい。これにより、導体１０において、逆流電流の発生及び電流分布の偏りが効果的に抑制される。中心角θが１５°未満の場合、凸状縁１２ａが直線状に近くなるため、磁束が凸状縁１２ａに沿って同一方向に向くことが困難となり、電流分布の偏り及び逆流電流が発生しやすくなる。中心角θが３００°より大きい場合、断面形状がＯ字状に近くなるため、磁束が凸状縁１２ａに沿って同一方向に向くことが困難となり、電流分布の偏り及び逆流電流が発生しやすくなる。
【0026】
なお、導体１０の第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの断面形状１１は、円弧状に限定されず、断面形状１１の長手方向に沿った２つの縁１２のうちの一方が凸状の縁となり、他方が凹状の縁となるように曲げられた形状であればよい。例えば、導体１０の第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの断面形状１１は、Ｕ字状またはＶ字状であってもよい。
【0027】
電線１は、導体１０を被覆する絶縁体を備えてもよい。絶縁体の材料は、特に限定されないが、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。
【0028】
＜冷却構造＞
従来の高周波誘導加熱装置は、電線の過熱を抑制するために、電線を冷却するための構造（以下、「冷却構造」と称する。）を採用している。そのため、本実施の形態に係るコイル１００を誘導加熱コイルとして使用する場合、電線１は、導体１０の過熱を抑制するために冷却構造を有することが好ましい。以下、冷却構造の例について説明する。
従来の高周波誘導加熱装置は、電線の過熱を抑制するために、電線を冷却するための構造（以下、「冷却構造」と称する。）を採用している。そのため、本実施の形態に係るコイル１００を誘導加熱コイルとして使用する場合、電線１は、導体１０の過熱を抑制するために冷却構造を有することが好ましい。以下、冷却構造の例について説明する。
【0029】
（第１冷却構造）
特開２０００－１４４２３７号公報（特許文献２）は、樋状部材に蓋体を取り付けてパイプ状にした部材によって構成された誘導加熱コイルを開示している。特許文献２に開示の誘導加熱コイルでは、パイプ状の部材の内部に冷却液が循環されることにより、誘導加熱コイルの過熱が防止される。
特開２０００－１４４２３７号公報（特許文献２）は、樋状部材に蓋体を取り付けてパイプ状にした部材によって構成された誘導加熱コイルを開示している。特許文献２に開示の誘導加熱コイルでは、パイプ状の部材の内部に冷却液が循環されることにより、誘導加熱コイルの過熱が防止される。
【0030】
特許文献２に開示の誘導加熱コイルにおいて、蓋体が導電性を有する場合、誘導加熱コイルに交流電流を流したときに、逆流電流が発生しやすくなり、導体抵抗が増大する。そのため、導体抵抗の増大を抑制しつつ、冷却することの可能な電線が望まれている。
【0031】
図４は、本実施の形態に係る電線が有し得る第１冷却構造を示す図である。図４には、電線１の長手方向に直交する平面で切ったときの電線１の断面が示される。図４に示されるように、電線１は、導体１０に加えて、電線１の長手方向に直交する平面で切ったときに、導体１０の断面形状１１の凹状縁１２ｂとの間に閉空間２５が形成されるように導体１０に接続される不導体の蓋２０をさらに含む。蓋２０は、例えばセラミック、高耐熱性樹脂等によって構成される。
【0032】
導体１０および蓋２０を含む電線１は、パイプ状となる。そのため、閉空間２５に冷却液を流すことにより、電線１の過熱を抑制できる。また、蓋２０が不導体によって構成されるため、蓋２０に起因する、導体１０における逆流電流の発生が抑制され、導体１０の抵抗の増大が抑制される。
【0033】
なお、電線１は、導体１０および蓋２０の取り囲む絶縁体を含んでもよい。これにより、絶縁体は、導体１０および蓋２０を支持するとともに、導体１０と蓋２０との接続部のシール材としても機能する。絶縁体の材料は、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。
【0034】
（第２冷却構造）
特開２０２２－２２２６号公報（特許文献３）は、コイル状扁平パイプと、コイル状扁平パイルを収容する円筒形状のコイルカバーとを含む加熱コイルを開示している。特許文献３に開示の加熱コイルでは、コイルカバーの内部空間に冷却水が流されることにより、コイル状扁平パイプの過熱が防止される。
特開２０２２－２２２６号公報（特許文献３）は、コイル状扁平パイプと、コイル状扁平パイルを収容する円筒形状のコイルカバーとを含む加熱コイルを開示している。特許文献３に開示の加熱コイルでは、コイルカバーの内部空間に冷却水が流されることにより、コイル状扁平パイプの過熱が防止される。
【0035】
特許文献３に開示の加熱コイルでは、螺旋状に巻回されたコイル状扁平パイプの内側の空間もコイルカバーの内部に位置する。そのため、特許文献３に開示の加熱コイルは、金属製ボルトの軸孔内に挿入され、金属製ボルトの軸孔内面を加熱するために使用される。すなわち、コイル状扁平パイプの内側の空間に配置された磁性体を加熱することができない。従って、螺旋状に巻回されたときに内側の空間に配置された磁性体を加熱可能であり、かつ、過熱を防止できる電線が望まれている。
【0036】
図５は、本実施の形態に係る電線が有し得る第２冷却構造を示す図である。図５には、電線１の長手方向に直交する平面で切ったときの電線１の断面が示される。図５に示されるように、電線１は、導体１０に加えて、電線１の長手方向に直交する平面における断面形状２３が導体１０の断面形状１１を取り囲む環状であるカバー管２２をさらに含む。カバー管２２は不導体である。カバー管２２は、例えばセラミック、高耐熱性樹脂等によって構成される。カバー管２２の断面形状２３と導体１０の断面形状１１との間に隙間が形成される。そのため、当該隙間に冷却液を流すことにより、電線１の過熱を抑制できる。
【0037】
なお、カバー管２２の内部における導体１０の位置を一定にするために、導体１０の断面形状１１の外周の一部は、カバー管２２の断面形状２３の内周の一部に固定されてもよい。
【0038】
カバー管２２が不導体によって構成されるため、カバー管２２に逆流電流が発生しない。
【0039】
さらに、カバー管２２は、導体１０とともに螺旋状に巻回可能である。そのため、螺旋状に巻回された電線１に交流電流を流すことにより、内側に配置された磁性体２００を加熱することができる。
【0040】
（冷却構造の第３の例）
特開２０１５－２２００６３号公報（特許文献４）は、断面円形のパイプによって構成された高周波加熱用コイルを開示している。特許文献４に開示の高周波加熱用コイルでは、パイプの内部に冷却水が流されることにより、高周波加熱用コイルの過熱が防止される。
特開２０１５－２２００６３号公報（特許文献４）は、断面円形のパイプによって構成された高周波加熱用コイルを開示している。特許文献４に開示の高周波加熱用コイルでは、パイプの内部に冷却水が流されることにより、高周波加熱用コイルの過熱が防止される。
【0041】
しかしながら、特許文献４に開示の高周波加熱用コイルでは、交流電流を流したときの、パイプにおける逆流電流の発生及び電流の偏在について考慮されていない。そのため、交流電流を流したときにパイプの抵抗が増大し得る。そのため、交流電流を流したときの抵抗の増大が抑制される電線が望まれている。
【0042】
図６は、本実施の形態に係る電線が有し得る第３冷却構造を示す図である。図６には、電線１の長手方向に直交する平面で切ったときの電線１の断面が示される。図６に示されるように、電線１は、上記の導体１０を備える。導体１０の断面形状１１は、凸状縁１２ａよりも凹状縁１２ｂに近い位置に形成された中空部分１４を有する。中空部分１４は、凸状縁１２ａおよび凹状縁１２ｂに沿った形状を有する。
【0043】
後述するように、電線１を螺旋状に巻回し、電線１に交流電流を流したとき、順電流は、凸状縁１２ａ側に偏りやすい。そのため、中空部分１４が凸状縁１２ａよりも凹状縁１２ｂに近い位置に形成されることにより、中空部分１４を設けたことによる、導体１０の抵抗の増大が抑制される。
【0044】
なお、図３に示す第２実施例のコイル１００に第３冷却構造を適用する場合、導体１０の第３部分１０ｃの断面形状１１において、中空部分１４は、２つの縁１２の中間に形成される。
【0045】
中空部分１４を有する導体１０は、公知の技術を用いて製造される。例えば、中空部分１４を有する導体１０は、３Ｄプリンターを用いて製造される。
【0046】
＜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、導体の断面形状または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、導体の断面形状または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。
【0047】
【表1】
【0048】
評価対象のモデルは、第１～第６モデルを含む。第１モデルおよび第２モデルは、図２に示す第１実施例のコイル１００に対応する。ただし、第１モデルには、冷却構造が適用されておらず、第２モデルには、図６に示す第３冷却構造が適用されている。第３モデルは、図３に示す第２実施例のコイル１００に対応する。第４モデルは、図７に示す第１参考例のコイルに対応する。第５モデルは、図８に示す第２参考例のコイルに対応する。第６モデルは、図９に示す第３参考例のコイルに対応する。
【0049】
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１参考例のコイルは、図２に示す第１実施例のコイル１００と比較して、電線１の長手方向に直交する平面における導体１０の断面形状１１がリング状（Ｏ字状）である点でのみ相違する。
【0050】
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２参考例のコイルは、図２に示す第１実施例のコイル１００と比較して、中心軸２の対象区間３の全てにおいて、導体１０の断面形状１１の凹状縁１２ｂが上を向くように電線１が巻回される点でのみ相違する。
【0051】
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３参考例のコイルは、図２に示す第１実施例のコイル１００と比較して、中心軸２の対象区間３の全てにおいて、導体１０の断面形状１１の凸状縁１２ａが中心軸２と対向するように電線１が巻回される点でのみ相違する。
【0052】
第１～第５モデルにおいて、導体１０の断面積、導体１０の巻き方、および磁性体２００の形状は、以下の条件（ａ）～（ｆ）を満たすように設定される。
（ａ）導体１０の断面形状１１の断面積：３６ｍｍ2、
（ｂ）コイル半径Ｒ１（図２，図３，図７～図９参照）：５０ｍｍ、
（ｃ）巻回数：８回、
（ｄ）導体１０の間隔Ｐ（図２，図３，図７，図８参照）：１０ｍｍ、
（ｅ）円柱状の磁性体２００の底面の半径Ｒ２（図２，図３，図７～図９参照）：３０ｍｍ、
（ｆ）円柱状の磁性体２００の高さＨ（図２，図３，図７，図８参照）：７０ｍｍ。
（ａ）導体１０の断面形状１１の断面積：３６ｍｍ2、
（ｂ）コイル半径Ｒ１（図２，図３，図７～図９参照）：５０ｍｍ、
（ｃ）巻回数：８回、
（ｄ）導体１０の間隔Ｐ（図２，図３，図７，図８参照）：１０ｍｍ、
（ｅ）円柱状の磁性体２００の底面の半径Ｒ２（図２，図３，図７～図９参照）：３０ｍｍ、
（ｆ）円柱状の磁性体２００の高さＨ（図２，図３，図７，図８参照）：７０ｍｍ。
【0053】
また、第１モデルおよび第５モデルの導体１０の断面形状１１，及び、第３モデルにおける導体１０の第１部分１０ａおよび第２部分１０ｂの断面形状１１は、以下の条件（ｇ），（ｈ）を満たす円弧状に設定される。第３モデルにおける導体１０の第３部分１０ｃの断面形状１１、及び、第４モデルの導体１０の断面形状１１は、以下の条件（ｇ）を満たすように設定される。
（ｇ）導体１０の厚みｔ（図２，図３，図７～図９参照）：１．８ｍｍ、
（ｈ）中心角θ（図２，図３，図８，図９参照）：１３５°。
（ｇ）導体１０の厚みｔ（図２，図３，図７～図９参照）：１．８ｍｍ、
（ｈ）中心角θ（図２，図３，図８，図９参照）：１３５°。
【0054】
第２モデルの導体１０の断面形状１１は、上記の条件（ｈ）と以下の条件（ｉ）～（ｋ）を満たす円弧状に設定される。
（ｉ）導体１０の中空部分１４と凸状縁１２ａとの間の厚み：１．７ｍｍ、
（ｊ）導体１０の中空部分１４と凹状縁１２ｂとの間の厚み：０．１ｍｍ、
（ｋ）中空部分１４の厚み：０．９ｍｍ。
（ｉ）導体１０の中空部分１４と凸状縁１２ａとの間の厚み：１．７ｍｍ、
（ｊ）導体１０の中空部分１４と凹状縁１２ｂとの間の厚み：０．１ｍｍ、
（ｋ）中空部分１４の厚み：０．９ｍｍ。
【0055】
第６モデルにおいて、導体１０の断面積、導体１０の断面形状１１、導体１０の巻き方、および磁性体２００の形状は、上記の条件（ａ）～（ｃ），（ｅ），（ｇ），（ｈ）と、以下の条件（ｄ’），（ｆ’）とを満たすように設定される。
（ｄ’）導体１０の間隔Ｐ（図９参照）：２０ｍｍ、
（ｆ’）円柱状の磁性体２００の高さＨ（図９参照）：１４０ｍｍ。
（ｄ’）導体１０の間隔Ｐ（図９参照）：２０ｍｍ、
（ｆ’）円柱状の磁性体２００の高さＨ（図９参照）：１４０ｍｍ。
【0056】
【0057】
図１０に示されるように、断面形状１１がＯ字状である導体１０を有する第１参考例のコイルに対応する第４モデルでは、８巻の導体１０のうち上下端に近い導体１０において、近接効果による逆流電流が発生している（破線枠で囲まれた部分）。そのため、第４モデルのコイルの損失は、２６．７Ｗと大きい。
【0058】
これに対し、第１～第３モデルでは、断面形状１１が円弧状である導体１０において、凸状縁１２ａ側に電流が集中しやすくなるものの、凸状縁１２ａに亘って電流が比較的均一に流れている。そして、第１～第３モデルでは、近接効果が抑制され、逆流電流が少ないことがわかる。そのため、第１～第３モデルにおける損失は、それぞれ１９．２Ｗ，２１．７Ｗ，２０．０Ｗとなり、第４モデルと比較して小さい。
【0059】
凹状縁１２ｂが上を向くように電線１が８回巻回された第２参考例のコイルに対応する第５モデルでは、下端に近い導体１０では、凸状縁１２ａに亘って電流が比較的均一に流れているものの、上端に近い導体１０では、大きな逆流電流が発生している。そのため、第５モデルのコイルの損失は、２５．４Ｗと大きい。
【0060】
図１１は、第１モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。図１２は、第３モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。図１３は、第４モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。図１４は、第５モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。図１５は、第６モデルにおける磁界分布の解析結果を示す図である。
【0061】
図１１および図１２に示されるように、第１モデルおよび第３モデルでは、導体１０に交流電流が流されたとき、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向く。別の言い方をすると、凸状縁１２ａに亘って、第４モデル～第６モデルのように、時計回り、反時計回りというような磁束の向きが異なる領域が存在しない。例えば、図１１および図１２に示す解析結果では、枠線３０によって囲まれた領域において、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、時計回りの方向に向いている。
【0062】
これに対し、図１３に示されるように、第４モデルでは、断面形状１１がＯ字状の外周縁４０の周囲の磁束は、枠線３０によって囲まれた領域では時計回りの方向に向き、枠線３１によって囲まれた領域では反時計回りの方向に向く。そのため、凸状縁１２ａにおいて逆流電流が発生する。図１０および図１３に示す例では、導体１０において、枠線３１によって囲まれた領域において、逆流電流が発生していることがわかる。
【0063】
図１４に示されるように、第５モデルでは、下端に近い導体１０では、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向く。しかしながら、上端に近い導体１０において、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、枠線３０によって囲まれた領域では時計回りの方向に向き、枠線３１によって囲まれた領域では反時計回りの方向に向く。そのため、凸状縁１２ａにおいて逆流電流が発生する。図１０および図１４に示す例では、導体１０において、枠線３１によって囲まれた領域において、逆流電流が発生していることがわかる。また、枠線３０によって囲まれた領域（つまり、上端の導体１０における磁性体２００側の端部）では、磁束が極度に集中している。そのため、図１０に示されるように、上端の導体１０における磁性体２００側の端部の電流密度が高くなり、導体１０の抵抗がさらに増大する。
【0064】
図１５に示されるように、第６モデルにおいても、凸状縁１２ａの周囲の磁束は、枠線３０によって囲まれた領域では時計回りの方向に向き、枠線３１によって囲まれた領域では反時計回りの方向に向く。そのため、凸状縁１２ａにおいて逆流電流が発生し、導体１０の抵抗が増大する。
【0065】
図１６は、磁性体の底面の半径Ｒ２を４０ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。図１７は、磁性体の底面の半径Ｒ２を３０ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。図１８は、磁性体の底面の半径Ｒ２を５ｍｍに設定したときの第１モデルの電流分布を示す図である。
【0066】
図１６～図１８に示されるように、磁性体２００の半径Ｒ２に応じて、導体１０の電流分布が異なることがわかる。そのため、コイル１００の内側に配置される磁性体２００の形状に合わせて、凸状縁１２ａの周囲の磁束が凸状縁１２ａに亘って凸状縁１２ａに沿った同一方向を向くように、導体１０の断面形状１１、導体１０の姿勢等を適宜調整することが好ましい。
【0067】
＜変形例＞
上記の説明では、コイル１００は、高周波誘導加熱コイルとして使用されるものとした。しかしながら、本実施の形態に係るコイル１００は、内側に磁性体２００を配置した状態で交流電流が流される限り、別の用途で使用されてもよい。例えば、コイル１００は、磁性体２００としてフェライトコアが配置されるトランス等として使用されてもよい。
上記の説明では、コイル１００は、高周波誘導加熱コイルとして使用されるものとした。しかしながら、本実施の形態に係るコイル１００は、内側に磁性体２００を配置した状態で交流電流が流される限り、別の用途で使用されてもよい。例えば、コイル１００は、磁性体２００としてフェライトコアが配置されるトランス等として使用されてもよい。
【0068】
＜付言＞
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
【0069】
［構成１］
内側に磁性体（２００）を配置した状態で交流電流が流されるコイル（１００）であって、
中心軸（２）の対象区間（３）の周りに螺旋状に複数回巻回された電線（１）を備え、
前記電線（１）は、前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を含み、
前記導体（１０）は、
前記対象区間（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（１０ａ）と、
前記対象区間（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（１０ｂ）と、を有し、
前記第１部分（１０ａ）および前記第２部分（１０ｂ）の前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっている。
内側に磁性体（２００）を配置した状態で交流電流が流されるコイル（１００）であって、
中心軸（２）の対象区間（３）の周りに螺旋状に複数回巻回された電線（１）を備え、
前記電線（１）は、前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を含み、
前記導体（１０）は、
前記対象区間（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（１０ａ）と、
前記対象区間（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（１０ｂ）と、を有し、
前記第１部分（１０ａ）および前記第２部分（１０ｂ）の前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっている。
【0070】
上記の構成において、前記導体（１０）に前記交流電流が流されたとき、前記凸状の縁（１２ａ）の周囲の磁束は、前記凸状の縁（１２ａ）に亘って前記凸状の縁（１２ａ）に沿った同一方向を向く。あるいは、前記導体（１０）は、前記第１部分（１０ａ）における前記凹状の縁（１２ｂ）と前記第２部分（１０ｂ）における前記凹状の縁（１２ｂ）とが互いに対向するように配置される。
【0071】
［構成２］
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記断面形状（１１）は、
前記断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記電線（１）は、
前記平面で切ったときに、前記凹状の縁（１２ｂ）との間に閉空間が形成されるように前記導体（１０）に接続される不導体の蓋（２０）をさらに備える、電線（１）。
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記断面形状（１１）は、
前記断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記電線（１）は、
前記平面で切ったときに、前記凹状の縁（１２ｂ）との間に閉空間が形成されるように前記導体（１０）に接続される不導体の蓋（２０）をさらに備える、電線（１）。
【0072】
［構成３］
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記電線（１）は、
前記平面における第２断面形状（２３）が前記第１断面形状（１１）を取り囲む環状であるカバー管（２２）をさらに備え、前記カバー管（２２）は不導体であり、
前記第２断面形状（２３）と前記第１断面形状（１１）との間に隙間が形成される、電線（１）。
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記電線（１）は、
前記平面における第２断面形状（２３）が前記第１断面形状（１１）を取り囲む環状であるカバー管（２２）をさらに備え、前記カバー管（２２）は不導体であり、
前記第２断面形状（２３）と前記第１断面形状（１１）との間に隙間が形成される、電線（１）。
【0073】
［構成４］
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記凸状の縁（１２ａ）よりも前記凹状の縁（１２ｂ）に近い位置に形成された中空部分（１４）を有する、電線（１）。
電線（１）であって、
前記電線（１）の長手方向に直交する平面における第１断面形状（１１）が細長い導体（１０）を備え、
前記第１断面形状（１１）は、
前記第１断面形状（１１）の長手方向に沿った２つの縁（１２）を有し、
前記２つの縁（１２）のうちの一方が凸状の縁（１２ａ）となり、他方が凹状の縁（１２ｂ）となるように曲がっており、
前記凸状の縁（１２ａ）よりも前記凹状の縁（１２ｂ）に近い位置に形成された中空部分（１４）を有する、電線（１）。
【0074】
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】
【0075】
１ 電線、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、１０ａ 第１部分、１０ｂ 第２部分、１０ｃ 第３部分、１１，２３ 断面形状、１２ 縁、１２ａ 凸状縁、１２ｂ 凹状縁、１４ 中空部分、２０ 蓋、２２ カバー管、２５ 閉空間、３０，３１ 枠線、４０ 外周縁、１００ コイル、２００ 磁性体。
【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】
