(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】電線及びコイル
(51)【国際特許分類】
H01F 5/00 20060101AFI20240215BHJP
H01B 7/30 20060101ALI20240215BHJP
H01F 38/14 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
H01F5/00 F
H01B7/30
H01F38/14
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020184521
(22)【出願日】2020-11-04
(65)【公開番号】P2021100102
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2022-01-18
【審判番号】
【審判請求日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】P 2019231702
(32)【優先日】2019-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】110002734
【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 祥充
【合議体】
【審判長】井上 信一
【審判官】山田 正文
【審判官】山本 章裕
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－５２０６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／０３８２９７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－７９８７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01F5/00
H01F17/00
H01F27/00
H01F38/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電線が中心軸の周りを複数回にわたって巻回されたコイルであって、前記コイルは、前記中心軸に直交する平面に沿って前記電線が巻回する巻回部を備え、
前記電線は、長さ方向に直交する平面での断面形状が非円形となる導体を備え、
前記断面形状は、上下方向における中央から上側の領域であって左右のいずれか一方向に曲がるように形成された上側領域と、前記上下方向における中央から下側の領域であって前記上側領域と同方向に曲がるように形成された下側領域とを有し、
前記巻回部の少なくとも最内周に配された電線は、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの前記中心軸から離れて曲がるように配された、コイル。
【請求項2】
前記巻回部の少なくとも最外周に配された電線は、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの前記中心軸に向かって曲がるように配された、請求項１に記載のコイル。
【請求項3】
非接触給電用コイルである、請求項１又は２に記載のコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電線に関し、特に、コイルに用いられる電線に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、長さ方向に直交する平面での断面形状が円形となる導体を備えた電線が汎用されている。しかし、かかる電線は、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、かかる電線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り、特に、コイル形成時にこのような問題が顕著になる。
【0003】
そこで、電線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、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１９－７９８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の電線は、表皮効果及び近接効果による損失の低減が十分ではないという問題点がある。具体的には、本発明者らが導体の断面形状について検討したところ、断面形状の違いによって、逆流電流が生じやすくなる部分が導体に生じ、この逆流電流に起因して損失が大きくなることを見出した。
【0006】
上記問題点に鑑み、本発明は、従来技術と比較して、表皮効果及び近接効果による損失の低減に優れた電線を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る電線は、
長さ方向に直交する平面での断面形状が非円形となる導体を備え、
前記断面形状は、上下方向における中央から上側の領域であって左右のいずれか一方向に曲がるように形成された上側領域と、上下方向における中央から下側の領域であって前記上側領域と同方向に曲がるように形成された下側領域とを有する。
長さ方向に直交する平面での断面形状が非円形となる導体を備え、
前記断面形状は、上下方向における中央から上側の領域であって左右のいずれか一方向に曲がるように形成された上側領域と、上下方向における中央から下側の領域であって前記上側領域と同方向に曲がるように形成された下側領域とを有する。
【0008】
斯かる構成によれば、導体の断面形状が上記のように形成されていることによって、コイル形成時などの電線が並行するように配置されて用いられる場合、逆流電流が生じにくくなる。従って、表皮効果及び近接効果による損失が低減される。
【0009】
前記電線は、好ましくは、
前記断面形状は、前記上側領域及び前記下側領域のそれぞれが、曲線的に形成されているか、又は、前記上下方向に対して傾斜する方向に直線的に延びている。
前記断面形状は、前記上側領域及び前記下側領域のそれぞれが、曲線的に形成されているか、又は、前記上下方向に対して傾斜する方向に直線的に延びている。
【0010】
斯かる構成によれば、導体の断面形状における上側領域及び下側領域のそれぞれが、曲線的に形成されているか、又は、上下方向に対して傾斜する方向に直線的に延びていることによって、逆流電流がさらに生じにくくなり、さらに損失が低減される。
【0011】
前記電線は、好ましくは、
前記断面形状は、前記一方向に曲がる角部を有し、該角部の外側がＲ面取りされた形状である。
前記断面形状は、前記一方向に曲がる角部を有し、該角部の外側がＲ面取りされた形状である。
【0012】
ここで、導体の断面形状に尖った部分がある場合、この部分に電流の偏在が生じやすくなり、損失が大きくなる。
従って、斯かる構成によれば、導体の断面形状における該角部の外側がＲ面取りされた形状であることによって、導体における電流の偏在が抑制されるため、より確実に損失が低減される。
従って、斯かる構成によれば、導体の断面形状における該角部の外側がＲ面取りされた形状であることによって、導体における電流の偏在が抑制されるため、より確実に損失が低減される。
【0013】
また、本発明に係るコイルは、電線が複数回にわたって巻回されたコイルであって、
前記コイルの少なくとも最内周に配された電線は、上記のいずれかの電線であり、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸から離れて曲がるように配されている。
前記コイルの少なくとも最内周に配された電線は、上記のいずれかの電線であり、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸から離れて曲がるように配されている。
【0014】
斯かる構成によれば、コイルの少なくとも最内周に配された電線が、導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸から離れて曲がるように配されていることによって、逆流電流が生じにくくなるため、表皮効果及び近接効果による損失が低減される。
【0015】
また、本発明に係るコイルは、好ましくは、
前記コイルの少なくとも最外周に配された電線は、上記のいずれかの電線であり、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸に向かって曲がるように配されている。
前記コイルの少なくとも最外周に配された電線は、上記のいずれかの電線であり、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸に向かって曲がるように配されている。
【0016】
斯かる構成によれば、コイルの少なくとも最外周に配された電線が、前記導体の前記断面形状における前記上側領域及び前記下側領域が前記コイルの中心軸に向かって曲がるように配されていることによって、電流の偏在が抑制されるため、損失がさらに低減される。
【発明の効果】
【0017】
以上の通り、本発明によれば、従来技術と比較して、表皮効果及び近接効果による損失の低減に優れた電線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電線について説明する。
【0020】
本実施形態の電線１は、図１に示されるようなコイル１００を形成するために用いられるものである。本実施形態の電線１によって形成されるコイル１００は、電線１が複数回にわたって巻回されている巻回部１１０を有している。すなわち、コイル１００は、中心軸の周りを周回するように配された電線１を備えている。コイル１００の前記中心軸は、巻回部１１０の巻回中心を通っている。巻回部１１０は、前記中心軸に直交する平面に沿って電線１が配されており、巻回部１１０では前記中心軸に最も近い位置を起点とした際に、前記中心軸から徐々に遠ざかりながら前記中心軸周りを周回するように電線１が配されている。言い換えれば、本実施形態では、巻回部１１０において、電線１が渦巻状となっている。
なお、以下においては、前記中心軸に沿った方向を上下方向と称し、前記中心軸に直交する径方向を横方向と称することがある。また、以下においては、前記中心軸から遠ざかる方向を外方向、前記中心軸に近付く方向を内方向と称することがある。
なお、以下においては、前記中心軸に沿った方向を上下方向と称し、前記中心軸に直交する径方向を横方向と称することがある。また、以下においては、前記中心軸から遠ざかる方向を外方向、前記中心軸に近付く方向を内方向と称することがある。
【0021】
本実施形態では、巻回部１１０は、径方向における電線１の間隔ｄが一定となっている。なお、本実施形態では、間隔ｄは、電線１の中心間距離を意味するものとする。
【0022】
図２に示されるように、電線１は、長さ方向に直交する平面での断面形状Ａが非円形となる導体１０を備えている。
【0023】
導体１０は、コイル１００形成時、逆流電流が流れやすくなる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断面形状Ａを有している。すなわち、断面形状Ａは、上下方向における中央から上側の領域であって左右のいずれか一方向（図２では右方向）に曲がるように形成された上側領域１１と、上下方向における中央から下側の領域であって上側領域１１と同方向に曲がるように形成された下側領域１２とを有している。本実施形態では、断面形状Ａは、上側領域１１と下側領域１２とが同形状となるように形成されている。言い換えれば、上側領域１１と下側領域１２とは、それぞれを区画する境界線を介して線対称となるように形成されている。
【0024】
断面形状Ａは、上側領域１１及び下側領域１２それぞれの先端部として、上側端部１５及び下側端部１６を有している。上側端部１５及び下側端部１６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り、特にコイル１００形成時において、この現象が顕著になる。よって、上側端部１５及び下側端部１６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。
【0025】
断面形状Ａは、上側領域１１と下側領域１２とが同方向に曲がるように形成されていることによって、内周縁１３と外周縁１４とを有している。導体１０における逆流電流の発生及び電流の偏在を抑制する上で、少なくとも外周縁１４は円弧状に形成されていることが好ましい。また、内周縁１３及び外周縁１４ともに円弧状に形成されていることがより好ましい。さらに、断面形状Ａは、内周縁１３と外周縁１４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。
【0026】
内周縁１３及び／又は外周縁１４が円弧状に形成されている場合、後述の実施例の１００ｋＨｚにおける、導体の断面形状が円形の電線に対する損失増加率の比より（間隔ｄが３ｍｍか６ｍｍか関わらず）、中心角θＳは１５～２１０°であることが好ましく、１５～１９５°であることがより好ましく、３０～１８０°であることがさらに好ましく、７５～１３５°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がより効果的に抑制され得る。また、特にコイル形成時においては、電流が流れにくくなる箇所を回避又は迂回するような導体１０の効率的な配置が可能となる。
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Ａ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。
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Ａ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】
内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔは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。これによって、逆流電流が流れにくくなる効果がある。内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔが一定である場合、内周縁１３が形成する円弧の中心Ｃから内周縁１３までの距離をｒとしたときに、間隔ｔに対する距離ｒの比率は、間隔ｔと中心角θＳと必要とされる導体断面積（断面形状Ａの面積）とにより算出される。
例えば、銅板から作製された導体であって、１００ｋＨｚの周波数で２ｍｍ２相当の導体断面積が必要である場合、ｔ＝０．４ｍｍ（１００ｋＨｚにおける銅の表皮深さ０．２１ｍｍの約２倍）の銅板を導体として使用するときに、中心角θＳを９０°とすると、距離ｒは約２．９８ｍｍとなり、間隔ｔに対する距離ｒの比率は約７．４６となる。
なお、間隔ｔ及び距離ｒは、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状Ａにおける各測定値の算術平均値として算出される。
例えば、銅板から作製された導体であって、１００ｋＨｚの周波数で２ｍｍ２相当の導体断面積が必要である場合、ｔ＝０．４ｍｍ（１００ｋＨｚにおける銅の表皮深さ０．２１ｍｍの約２倍）の銅板を導体として使用するときに、中心角θＳを９０°とすると、距離ｒは約２．９８ｍｍとなり、間隔ｔに対する距離ｒの比率は約７．４６となる。
なお、間隔ｔ及び距離ｒは、例えば、電線１の任意の位置１０箇所の断面形状Ａにおける各測定値の算術平均値として算出される。
【0028】
断面形状Ａは、図３に示されるように、上側領域１１及び下側領域１２のそれぞれが上下方向に対して傾斜する方向に直線的に延びるようなＶ字形状（Ｖ字を９０°回転させた形状）であってもよい。この場合、断面形状Ａは、上側領域１１と下側領域１２との間に角部１７を有するものとなる。角部１７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り、特にコイル１００形成時においては、角部１７の外側での電流の偏在が大きくなるため、角部１７は、外側がＲ面取りされた形状であることが好ましい。また、断面形状Ａは、内周縁１３と外周縁１４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。
【0029】
後述の実施例の１００ｋＨｚにおける、導体の断面形状が円形の電線に対する損失増加率の比より（間隔ｄが３ｍｍか６ｍｍかに関わらず）、角部１７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、１２０～１５０°であることがさらに好ましい。
【0030】
内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔは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。これによって、逆流電流が流れにくくなる効果がある。図３では、断面形状Ａは、内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔが一定となるように形成されている。この場合、内周縁１３の長さの半分の長さをｌとしたときに、間隔ｔに対する長さｌの比率は、間隔ｔと角部１７の内側に形成される角度θＶと必要とされる導体断面積（断面形状Ａの面積）とにより算出される。
例えば、銅板から作製された導体であって、１００ｋＨｚの周波数で２ｍｍ２相当の導体断面積が必要である場合、ｔ＝０．４ｍｍ（１００ｋＨｚにおける銅の表皮深さ０．２１ｍｍの約２倍）の銅板を導体として使用するときに、角度θＶを９０°とすると、長さｌは２．３ｍｍとなり、間隔ｔに対する長さｌの比率は５．７５となる。
例えば、銅板から作製された導体であって、１００ｋＨｚの周波数で２ｍｍ２相当の導体断面積が必要である場合、ｔ＝０．４ｍｍ（１００ｋＨｚにおける銅の表皮深さ０．２１ｍｍの約２倍）の銅板を導体として使用するときに、角度θＶを９０°とすると、長さｌは２．３ｍｍとなり、間隔ｔに対する長さｌの比率は５．７５となる。
【0031】
導体１０を形成するための材料としては、例えば、平編銅線、銅板、銅テープなどが挙げられ、銅以外の金属も使用可能である。また、導体１０は、素線が撚り合わされて形成されたリッツ線であってもよく、この場合、各素線は絶縁被覆されていてもよい。
比較的低い周波数たる低周波数で用いられるコイル１００を形成する上では、導体１０は平編リッツ線により形成されていることが好ましい。前記低周波数とは、好ましくは１ＭＨｚよりも小さい周波数であり、より好ましくは１００ｋＨｚ以下の周波数である。
一方、比較的高い周波数たる高周波数で用いられるコイル１００を形成する上では、導体１０は平編銅線により形成されていることが好ましい。前記高周波数とは、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。
前記高周波数において平編リッツ線よりも平編銅線の方が好ましい理由としては、平編リッツ線では表皮厚さが素線径よりも小さくなるような高周波数になると電流分布に偏りが生じ、個々の素線間の近接効果により素線内部に逆流電流が流れ易くなり、その結果、平編リッツ線では損失が増加し易くなることが挙げられる。また、これに対して、平編銅線では、各素線同士が短絡しているため、素線間の近接効果が発生しにくく、その結果、損失が増加しにくいことが挙げられる。
比較的低い周波数たる低周波数で用いられるコイル１００を形成する上では、導体１０は平編リッツ線により形成されていることが好ましい。前記低周波数とは、好ましくは１ＭＨｚよりも小さい周波数であり、より好ましくは１００ｋＨｚ以下の周波数である。
一方、比較的高い周波数たる高周波数で用いられるコイル１００を形成する上では、導体１０は平編銅線により形成されていることが好ましい。前記高周波数とは、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。
前記高周波数において平編リッツ線よりも平編銅線の方が好ましい理由としては、平編リッツ線では表皮厚さが素線径よりも小さくなるような高周波数になると電流分布に偏りが生じ、個々の素線間の近接効果により素線内部に逆流電流が流れ易くなり、その結果、平編リッツ線では損失が増加し易くなることが挙げられる。また、これに対して、平編銅線では、各素線同士が短絡しているため、素線間の近接効果が発生しにくく、その結果、損失が増加しにくいことが挙げられる。
【0032】
電線１は、導体１０が絶縁材２０によって被覆されていてもよく、被覆されていなくてもよい（すなわち、導体１０は裸導体であってもよい）。
【0033】
導体１０が絶縁材２０に被覆されている場合、導体１０の全体が絶縁材２０に完全に被覆されていてもよい。例えば、図４（ａ）に示されるように、電線１の長さ方向に直交する平面での断面形状Ｂは、導体１０の周縁と絶縁材２０の周縁とが対応した形状となっていてもよい。また、図４（ｂ）に示されるように、断面形状Ｂは、絶縁材２０の周縁が矩形状となっていてもよい。
【0034】
また、導体１０が絶縁材２０に被覆されている場合、導体１０の一部のみが絶縁材２０に被覆されていてもよい。例えば、図５（ａ）に示されるように、断面形状Ｂは、導体１０の内周縁１３が中空円筒状の絶縁材２０の外周縁の一部に接するような形状となっていてもよい。また、図５（ｂ）に示されるように、断面形状Ｂは、導体１０の外周縁１４が中空円筒状の絶縁材２０の内周縁の一部に接するような形状となっていてもよい。これによって、コイル形成時の巻回部１１０における電線１の間隔ｄを一定に調節することが容易となる。また、絶縁材２０が中空の円筒状であるため、必要に応じて絶縁材２０の一部を切り取ることが容易となり、コイル形成時の巻回部１１０における電線１の間隔ｄを任意に調節し易くなる。
【0035】
さらに、導体１０が絶縁材２０に被覆されている場合、図６に示されるように、複数の導体１０が１つの絶縁材２０に被覆されていてもよい。例えば、図６（ａ）では、断面形状Ｂにおいて、２つの導体１０の内周縁１３と外周縁１４とが対向するように配置された状態で、矩形状の周縁を有する１つの絶縁材２０に被覆されている。また、図６（ｂ）では、断面形状Ｂにおいて、２つの導体１０の内周縁１３同士が対向するように配置された状態で、矩形状の周縁を有する１つの絶縁材２０に被覆されている。これによって、２芯ケーブルとして高周波で使用した場合、損失が低減され得る。
【0036】
絶縁材２０を形成する材料は、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好ましい。
【0037】
次に、本実施形態に係る電線１がコイル１００を形成する場合における、電線１の配置例について説明する。
【0038】
図７及び図８に示されるように、巻回部１１０の少なくとも最内周に配された電線１は、導体１０の断面形状Ａにおける上側領域１１及び下側領域１２が、コイル１００の前記中心軸から離れて曲がるように配されている。これによって、コイル１００の内方向側に配置された電線における逆流電流及び電流の偏在が効果的に抑制されるため、損失が低減される。なお、以下では、上側領域１１及び下側領域１２が前記中心軸から離れて曲がるように配された状態を、第１の配置状態Ｏと呼ぶことがある。
また、巻回部１１０の少なくとも最外周に配された電線１は、導体１０の断面形状Ａにおける上側領域１１及び下側領域１２が、コイル１００の前記中心軸に向かって曲がるように配置されていることが好ましい。これによって、コイル１００の外方向側に配置された電線における電流の偏在が効果的に抑制されるため、損失が低減される。なお、以下では、上側領域１１及び下側領域１２が前記中心軸に向かって曲がるように配された状態を、第２の配置状態Ｉと呼ぶことがある。
また、巻回部１１０の少なくとも最外周に配された電線１は、導体１０の断面形状Ａにおける上側領域１１及び下側領域１２が、コイル１００の前記中心軸に向かって曲がるように配置されていることが好ましい。これによって、コイル１００の外方向側に配置された電線における電流の偏在が効果的に抑制されるため、損失が低減される。なお、以下では、上側領域１１及び下側領域１２が前記中心軸に向かって曲がるように配された状態を、第２の配置状態Ｉと呼ぶことがある。
【0039】
例えば、図７に示される配置例では、全ての導体１０が第１の配置状態Ｏとなっている。また、図８に示されるより好ましい配置例では、最内周を含む内方向側の導体１０は第１の配置状態Ｏとなっており、最外周を含む外方向側の導体１０は第２の配置状態Ｉとなっている。言い換えれば、図８の配置例では、最内周を含む内方向側に配された電線１の一部と最外周を含む外方向側に配された電線１の一部とは、導体１０の断面形状Ａが反転したように（内周縁１３同士が対向するように）配されている。これによって、導体１０の先端部（上側端部１５及び下側端部１６）における電流の偏在が抑制され得る。なお、かかる反転は、１つの電線１がねじられることによってなされてもよく、２つの電線１が反転した状態で接合されることによってなされてもよい。
【0040】
より具体的には、巻回部１１０を構成する電線１を、最内周から外方向に向かって順に１・・・Ｎ番目としたときに、１～Ｍ番目（Ｍは０．５Ｎ～Ｎの範囲とする）に配された電線１が第１の配置状態Ｏであり、Ｍ番目より外方向側に配された電線１が第２の配置状態Ｉであることが好ましい。なお、Ｍは、四捨五入により整数とされた数とする。図８に示される配置例では、１～７番目に配された電線１が第１の配置状態Ｏであり、８～１０番目に配された電線１が第２の配置状態Ｉとなっている。すなわち、図８の配置例では、Ｍ＝０．７Ｎとなっている。
Ｍの最適な値は、電線を取り巻く磁場の状況により適宜変更され得る。例えば、コイル内径が大きい場合、最適なＭは０．５Ｎに近づけることが好ましく、コイル内径が小さい場合、最適なＭはＮに近づけることが好ましい。例えば、図２に示される断面形状Ａを有し、内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔ＝０．４ｍｍ、中心角θＳ＝９０°、内周縁１３が形成する円弧の中心Ｏから内周縁１３までの距離ｒ＝１０／π－０．２ｍｍ（≒２．９８ｍｍ）である導体１０を備えた電線１（実施例における参考例１８）を、巻回部１１０における各電線の間隔ｄ＝３ｍｍに設定して１０回にわたって巻回させたコイル１００に関して、電線１に１Ａの電流が流れると想定した場合、コイル内径が９００ｍｍ以上のとき、最適なＭは０．５Ｎであり、コイル内径が１２ｍｍ以下のとき、最適なＭは０．９Ｎである。コイル内径に対するコイル外径の比率は、コイル内径９００ｍｍ（コイル外径９５４ｍｍ）のとき、１．０６であり、コイル内径１２ｍｍ（コイル外径６６ｍｍ）のとき、５．５である。
Ｍの最適な値は、電線を取り巻く磁場の状況により適宜変更され得る。例えば、コイル内径が大きい場合、最適なＭは０．５Ｎに近づけることが好ましく、コイル内径が小さい場合、最適なＭはＮに近づけることが好ましい。例えば、図２に示される断面形状Ａを有し、内周縁１３と外周縁１４との間隔ｔ＝０．４ｍｍ、中心角θＳ＝９０°、内周縁１３が形成する円弧の中心Ｏから内周縁１３までの距離ｒ＝１０／π－０．２ｍｍ（≒２．９８ｍｍ）である導体１０を備えた電線１（実施例における参考例１８）を、巻回部１１０における各電線の間隔ｄ＝３ｍｍに設定して１０回にわたって巻回させたコイル１００に関して、電線１に１Ａの電流が流れると想定した場合、コイル内径が９００ｍｍ以上のとき、最適なＭは０．５Ｎであり、コイル内径が１２ｍｍ以下のとき、最適なＭは０．９Ｎである。コイル内径に対するコイル外径の比率は、コイル内径９００ｍｍ（コイル外径９５４ｍｍ）のとき、１．０６であり、コイル内径１２ｍｍ（コイル外径６６ｍｍ）のとき、５．５である。
【0041】
上記のように構成されたコイル１００は、非接触給電用コイルとして好適に用いられ得る。非接触給電用コイルとしては、例えば、比較的小型の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の交流電流が流され、本実施形態のコイル１００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。
【0042】
以上のように、例示として実施形態を示したが、本発明に係る電線は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る電線は、上記作用効果により限定されるものでもない。本発明に係る電線は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0043】
例えば、上記実施形態では、断面形状Ａが円弧状やＶ字状のものを示したが、断面形状Ａは、図９に示されるようなＣ字状であってもよい。すなわち、図９では、断面形状Ａは、上側領域１１及び下側領域１２それぞれが中央から上下方向に沿って延びるように形成された直線部１８と、直線部１８の両先端部から曲がるように形成された対をなす直線状の曲部１９とを有している。この場合、断面形状Ａは、直線部１８と各曲部１９との間に、２つの角部１７を有するものとなる。図９（ａ）では、角部１７の内側に形成された角度θＣは９０°であり、図９（ｂ）では、角度θＣは９０°より大きく形成されており、この場合、後述の実施例の１００ｋＨｚにおける、導体の断面形状が円形の電線に対する損失増加率の比より（間隔ｄが３ｍｍか６ｍｍかに関わらず）、角度θＣは９０～１６５°であることが好ましく、１２０～１６５°であることがより好ましい。角部１７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り、特にコイル１００形成時においては、角部１７の外側での電流の偏在が大きくなるため、角部１７は、外側がＲ面取りされた形状であることが好ましい。なお、断面形状Ａの角部１７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、断面形状Ａの角部１７の数は多い方が好ましい。
【実施例】
【0044】
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
【0045】
まず、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、導体の断面形状について評価した。より具体的には、表２に示されるような断面形状Ａを有する導体を備えた電線を１０回にわたって巻回させたコイルを想定し、電線に１Ａの電流が流れると想定して、１Ｈｚ～１００ＭＨｚの各周波数における損失のシミュレーションを行った。
なお、コイル内径は５０ｍｍとし、巻回部における各電線の間隔ｄは、３ｍｍ又は６ｍｍに設定した。
表２の参考例１～２６のコイルに関しては、図７のように、巻回部を形成する１～１０番目の全ての電線が、第１の配置状態Ｏとなるように配置した。これに対して、参考例２７に関しては、図８のように、１～７番目の電線が第１の配置状態Ｏとなるように且つ８～１０番目の電線が第２の配置状態Ｉとなるように配置した。
表３及び表４に、各周波数における損失及び損失増加率（各周波数における損失を１Ｈｚにおける損失で割った値）、並びに、断面形状が円形の導体を備えた電線に対する損失増加率の比を示した。
なお、コイル内径は５０ｍｍとし、巻回部における各電線の間隔ｄは、３ｍｍ又は６ｍｍに設定した。
表２の参考例１～２６のコイルに関しては、図７のように、巻回部を形成する１～１０番目の全ての電線が、第１の配置状態Ｏとなるように配置した。これに対して、参考例２７に関しては、図８のように、１～７番目の電線が第１の配置状態Ｏとなるように且つ８～１０番目の電線が第２の配置状態Ｉとなるように配置した。
表３及び表４に、各周波数における損失及び損失増加率（各周波数における損失を１Ｈｚにおける損失で割った値）、並びに、断面形状が円形の導体を備えた電線に対する損失増加率の比を示した。
【0046】
図１０に示したように（間隔ｄが３ｍｍのものを示す）、導体の断面形状が円形の比較例１では、コイルの内方向側（特に最内周）に配された導体における、外方向側に逆電流が生じ且つ内方向側に電流の偏在が観察された。また、図１１に示したように、導体の断面形状がＩ型（直線状）の比較例２では、導体の断面形状における上側端部及び下側端部において、電流の偏在が顕著であった。
これらの現象に起因して、表３及び表４に示したように、比較例１及び比較例２では、１０ｋＨｚ以上の交流電流を流した場合に、比較的大きな損失が観察された。
これらの現象に起因して、表３及び表４に示したように、比較例１及び比較例２では、１０ｋＨｚ以上の交流電流を流した場合に、比較的大きな損失が観察された。
【0047】
一方、図１２～１５に示したように（間隔ｄが３ｍｍのものを示す）、導体の断面形状がＶ字状の参考例２～６、Ｃ字状の参考例９～１２及び円弧状の参考例１３～２５及び２７では、逆流電流が生じにくく、電流の偏在が比較的抑制されており、比較例１及び比較例２と比較して均一な電流が流れることが観察された。特に、図１２～図１５の電流分布図において、Ｖ字状でθＶ＝１０５～１６５°の参考例２～６、Ｃ字状でθＣ＝１２０～１６５°の参考例９～１２及び円弧状でθＳ＝１５～１９５°の参考例１３～２５では電流が均一に流れることが認められた。
これに起因して、表３（間隔ｄが３ｍｍのものを示す）及び表４（間隔ｄが６ｍｍのものを示す）に示したように、参考例のコイルでは、損失が低減され、特に高周波における損失の低減が認められた。また、間隔ｄが６ｍｍの場合、３ｍｍの場合と比較して損失がさらに低減されることが認められ、参考例1～２７の全てにおいて、比較例１及び比較例２と比較して損失が低減されることが認められた。
これに起因して、表３（間隔ｄが３ｍｍのものを示す）及び表４（間隔ｄが６ｍｍのものを示す）に示したように、参考例のコイルでは、損失が低減され、特に高周波における損失の低減が認められた。また、間隔ｄが６ｍｍの場合、３ｍｍの場合と比較して損失がさらに低減されることが認められ、参考例1～２７の全てにおいて、比較例１及び比較例２と比較して損失が低減されることが認められた。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
次に、上記シミュレーション結果を参考にして、電線及びコイルを実際に作製し、その評価を行うこととした。
【0053】
まず、表５に示した平編銅線又は平編リッツ線を用い、表６に示した断面形状を有する導体を備える電線を４種作製した。より具体的には、平編銅線及び平編リッツ線を用いて、断面形状がＩ字状の導体を一対ずつ作製した。一対のＩ字状の導体のうちの一方は、そのままＩ字状の導体を有する電線として用い（比較例３及び比較例４）、もう一方は、折り曲げることによって断面形状において直線部及び曲部を有するＣ字状の導体を有する電線として用いた（実施例１及び実施例２）。
【0054】
次に、上記で作製した各電線を用いて、コイル内径８５ｍｍ、コイル外径１５０ｍｍとし、巻回部における各電線の間隔ｄを約７ｍｍとし、且つ、巻回部がＮ＝５となるように、コイルを作製した。コイル形状を保持するために、導体の断面形状に対応した形状のポリオレフィン製のスペーサーを用い、該スペーサーに電線をテープによって固定した。なお、断面形状がＣ字状の電線により形成したコイルについては、全ての電線が第１の配置状態Ｏとなるようにした。
【0055】
【表5】
【0056】
【表6】
【0057】
作製した４種のコイルに直流電流並びに１００ｋＨｚ及び５ＭＨｚの交流電流を流した際の抵抗値を測定した。直流電流の抵抗値の測定には、デジタルオームメータ（ＤＡＣ－ＭＲＧ－１ ＳＯＫＥＮ）を用いた。また、交流電流の抵抗値の測定には、ベクトルネットワークアナライザ（ｎａｎｏＶＮＡ）を用いた。測定した各抵抗値から、抵抗増加率（交流電流の抵抗値を直流電流の抵抗値で割った値）、及び、断面形状がＩ字状の導体を備えた電線に対する損失増加率の比を求めた。結果を表７に示した。
【0058】
表７に示されるように、低周波数（１００ｋＨｚ）の交流電流では、平編リッツ線を用いて作製した電線の方が、所望の効果に優れることがわかった。一方、高周波数（５ＭＨｚ）の交流電流では、平編銅線を用いて作製した電線の方が、所望の効果に優れることがわかった。
【0059】
【表7】
【0060】
ここで、比較例３は、上記シミュレーションの比較例２に相当し、実施例１及び実施例２は上記シミュレーションの参考例１０に相当するものと考えられる。そこで、上記シミュレーション結果と、表７の結果とを比較し易くするために、表３及び表４における比較例２及び参考例１０の結果を用いて、Ｉ字状に対する損失増加率の比を求めた。この結果を表８に示した。
【0061】
【表8】
【0062】
表７における抵抗増加率の比は、表８における損失増加率の比（特に間隔ｄ＝６ｍｍの場合）と同様の傾向を示した。よって、上記シミュレーション結果は、実際の電線及びコイルの作製の指標として的確なものであることがわかった。すなわち、上記シミュレーションに関する表３及び表４などから把握される傾向は、実際に製造した電線及びコイルに当てはめることができることがわかった。よって、上記シミュレーション結果によって表皮効果及び近接効果による損失の低減に優れると評価された形態に基づいて実際に作製された電線及びコイルは、同様の有利な効果を有するものになるはずである。
【符号の説明】
【0063】
１：電線、
１０：導体、１１：上側領域、１２：下側領域、１３：内周縁、１４：外周縁、
１５：上側端部、１６：下側端部、１７：角部、１８：直線部、１９：曲部、
２０：絶縁材、
１００：コイル、１１０：巻回部、
Ｏ：第１の配置状態、Ｉ：第２の配置状態
１０：導体、１１：上側領域、１２：下側領域、１３：内周縁、１４：外周縁、
１５：上側端部、１６：下側端部、１７：角部、１８：直線部、１９：曲部、
２０：絶縁材、
１００：コイル、１１０：巻回部、
Ｏ：第１の配置状態、Ｉ：第２の配置状態
【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】
