JPS6344962Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は、大電流を導く多並列導体よりなる
コア付きうず巻きコイルに関する。

〔従来技術とその問題点〕

この種の分野では、溶融金属を誘導加熱するた
めにその自由表面に間隔をおいてうず巻きコイル
を設けることがあるが、摂氏1000度以上の高温の
溶融金属の近傍に設置されるコイルであるため
に、高温に耐える絶縁材料しか使えない。したが
つて高電圧を採用することが困難なので、必然的
に大電流コイルにせざるを得ない。そこで大電流
を流すための大きな導体断面積を獲得するととも
に、電流不平衡やうず電流等による漂遊損の増加
を防ぐために、導体を多並列にする方法が採用さ
れており、どの導体にも同じ大きさの電流が流れ
るようにした大電流うず巻きコイルの開発が望ま
れている。

第１図は溶融金属の誘導加熱装置の構造図で、
イの断面図のように耐火材で内張りされた保温容
器１に収蔵された溶融金属２の自由表面に所定の
間隔を置いて配置された大電流うず巻きコイル３
により交番磁束を発生させ、溶融金属２に誘導さ
れるうず電流により溶融金属を加熱する。

加熱に有効な交番磁束をより多く発正させるた
めに、うず巻きコイルの溶融金属と反対側には同
じ電流でより多くの磁束を発生させ、効率の良い
加熱を行うと同時に、溶融金属の反対側への磁束
の漏れを遮蔽するために磁束の通り易い珪素銅板
等の強磁性体で作成されたコア４が設置される。
このコアは第１図ロの平面図に示す如く放射状に
構成されるのが一般である。うず巻きコイル３に
多並列導体を使用する場合、どの並列導体にも同
じ大きさの電流を流すためにはそれぞれの導体を
磁気的に平衡させる必要があり、うず巻きコイル
の巻き方や並列接続の仕方により特性が異なる。

第２図および第３図は従来のうず巻きコイルの
構造図で、導体を一本の線で表したものである。
第２図においてうず巻きコイル３は、３個の部分
コイル４，５，６を内側コイルの外周面が外側コ
イルの内周面に接するように円板状に巻き重ねた
もので、言うまでもなく隣接する導体間には層間
絶縁材を介在させて絶縁が保持される。また、各
部分コイルの始端および終端は往復一対のリード
線４ａ，５ａ，６ａによつて引き出され、各部分
コイルが並列に母線７に接続されている。上述の
うず巻きコイルの各部分コイルを磁気的に平衡さ
せるためには、各部分コイルの巻き数を変える方
法があるが、往復１対のリード線を近接した位置
から引き出すために、巻数を１ターン単位でしか
変えることが出来ないので効果のある磁気的平衡
をとることは期待出来ない。

第３図においてうず巻きコイル３は３個の部分
コイル８，９，１０を並列に半径方向に図示しな
い層間絶縁材を介在させて重ね巻きし、ａ部を始
端、ｂ部を終端として３ターン巻回し、始端およ
び終端においてリード線１１ａ，１１ｂにより、
３個の部分コイル８，９，１０を並列に接続して
引き出したものである。第３図のうず巻きコイル
３では部分コイル８，９，１０を形成する導体の
長さがそれぞれ異なるために各部分コイルが磁気
的に平衡せず、したがつて各部分コイルを流れる
電流が等しくならずいわゆる電流の不平衡を生ず
る。

この対策としては第４図のようにターンコイル
８，９，１０の相対位置を入れ換える転位を行っ
て磁気的平衡を得る方法が知られている。しか
し、転位した部分コイルの製作が困難であり、ま
た１ターンあたりの半径差が大きいためにコイル
の形状が円形からかなりずれてしまい機械的に弱
い構造になる欠点がある。また各部分コイルの巻
数を変えることは第２図について説明したと同様
な理由で実施出来ない。

〔考案の目的〕

本考案は前述の状況において鑑てなされたもの
で、任意の並列導体に対して有効に磁気的平衡が
とれる多並列導体よりなるコア付き大電流うず巻
きコイルを提供することを目的とする。

〔考案の要点〕

本考案によれば、上述の目的は、大電流を導く
導体を層間絶縁材を介して非整数ターン巻回した
部分コイルをその外周面に接して順次巻き重ね、
複数個の部分コイルの全巻数が整数ターンの大電
流コイルを形成し、互いに隣接する一方の部分コ
イルの終端と他方の部分コイルの始端とが同一円
周上の近接した位置から１対のリード線によつて
引き出され、前記大電流コイルの始端と終端とが
一つの円周上に配されて１対のリード線によつて
引き出されるようにし、各非整数ターンの部分コ
イルに鎖交する磁束量が互いに等しくなるようリ
ードの引き出し位置を決め、さらに前記各１対の
リード線が互いに平行にかつ近接して放射状コア
の隙間から軸方向または半径方向に引き出された
後相互に並列接続されることにより、１対のリー
ド線に互いに逆向きの電流が流れて１対のリード
線相互の電流磁界を打ち消すとともに、非整数タ
ーンの部分コイルに巻回数に比例した鎖交磁束を
与えて各部分コイルの磁気的平衡が得られるよう
構成することにより達成された。

〔考案の実施例〕

以下本考案の実施例について添付図面を参照し
つつ説明する。

第５図はこの発明の実施例を示すうず巻きコイ
ルとコアの構造図でイは平面図，ロは接続図であ
る。図において、うず巻きコイルは内周側から部
分コイル２１，２２，２３が順次巻き重ねられ、
部分コイル２１の始端と部分コイル２３の終端と
はＡ位置においてほぼ１つの円周上に位置し、部
分コイル２１の始端のリード線２５は部分コイル
２３の終端のリード線２４の引き出し位置まで半
径方向に引き出された上でリード線２４と一対に
なつて軸方向にコアの上の漏れ磁束が十分小さく
なる位置まで引き出される。

また部分コイル２１の終端と部分コイル２２の
始端とは内側から４ターン目の１つの円周上にお
いて位置ＡからΘ₂度ずれたＣ位置で一対のリー
ド線２６，２７によつて軸方向に引き出されてい
る。また部分コイル２２の終端と部分コイル２３
の始端とは外側から４ターン目のＡ位置からΘ₁
度ずれたＢ位置において一対のリード線２８，２
９によつて軸方向に同様に引き出されている。引
き出しリードの引き出し位置は放射状コアのすき
間から軸方向に引き出されるので、リード線の引
き出し角度Θ₁，Θ₂は、コアの腕の数を考慮して
決めることができる。図において３対のリード線
はロのように２４，２６，２８が母線３０ａに、
２５，２７，２９が母線３０ｂに接続されること
により部分コイル２１，２２，２３が並列接続さ
れている。それぞれの部分コイル巻数とリード引
出し位置は各部分コイルを磁気的に平衡させる位
置、具体的にはそれぞれの部分コイルに同じ大き
さの電流を流した時に鎖交磁束が同じになる位置
に決められる。第５図の場合、うず巻きコイルの
合計巻数を10ターンの整数ターンコイルとし、そ
のうち１ターン分を調整用のターンに利用してリ
ード線の引出し位置を円周上にほぼ等しい角度を
おいてＡ，Ｂ，C3位置から軸方向または放射状
に引き出すよう形成した例を示しており、各部分
コイルの幾何学的配置は部分コイル２３は（３＋
Θ₁／360）ターン、部分コイル２２は（３＋（Θ₂
−Θ₁／360）ターン、部分コイル２１は（４−
Θ₂／360）ターンとなつている。

また、一対のリード線が互いに近接かつ平行し
て配置され、また隣接した部分コイルの始端と終
端とを一対にして２本のリード線に互いに逆方向
の同じ大きさの電流を流すよう構成したことによ
り、リード線を流れる電流によつて生ずる磁束は
互いに打ち消しあつて鎖交磁束がほぼ零になる。
したがつて一対のリード線のリアクタンスは小さ
くなり、リード線部分での電位降下を無視できる
程に低減出来る。ただし２本のリード線にはうず
巻きコイルの端子電圧が印加されるので、リード
線間の絶縁はこれに十分耐えるよう形成される。

次に前述の実施例における磁気的な平衡につい
て第５図を再び用いて詳細に説明する。図におい
て、最外側１ターンのコイルをターン１０１とし
以下最内側のターンまでそれぞれ１０２，１０
３，…１１０と名付けると、部分コイル２３はタ
ーンコイル１０１，１０２，１０３の全周とター
ンコイル１０４の（Θ₁／360）周とで構成されて
いる。コイルは同軸配置であるから磁束の分布も
コアの影響を無視すれば同軸状に分布し角度方向
の変化は無いので、ターンコイル１０４の
（Θ₁／360）周が鎖交する磁束はターンコイル１
０４の全周に鎖交すると仮定した磁束の（Θ₁／
360）倍である。したがつて部分コイル２３の鎖
交磁束φ3はそれぞれのターンコイルの全周の鎖
交磁束をφ101〜φ110とするとつぎの(1)式のよう
になる。

φ3＝φ101＋φ102＋φ103 ＋（Θ₁／360）φ104 ……(1) 同じようにして部分コイル２２，２１の鎖交磁
束φ2，φ1はそれぞれ次の(2)，(3)式のようになる。

φ2＝〔（360−Θ₁）／360）φ104 ＋φ105＋φ106＋（Θ₂／360）φ107……(2) φ1＝〔（360−Θ₂）／360〕φ107 ＋φ108＋φ109＋φ110 ……(3) また総鎖交磁束φTをφ1，φ2，φ3の和とする
と、これは次の(4)式となり、リード引き出し位置
とは無関係である。

φT＝φ101＋φ102＋……＋φ110 ……(4) 第６図は前述の実施例におけるうず巻きコイル
の磁束分布を説明するための概念図で、イは半径
方向の磁束分布図、ロは周方向の磁束分布図であ
る。うず巻きコイル２０を流れる電流によつて生
ずる磁束線５０はイのように半径方向に閉ル−プ
を形成し、コイル２０と溶融金属２との間の空間
部S₁と放射状のコア４０内部とで半径方向の磁束
密度が高くなるが、放射状コアの上部の空間S₂で
はコアの磁気しやへい効果によつて磁束密度が急
激に低下する。一方うず巻きコイル２０の周方向
の磁束分布はロのようにうず巻きコイル２０の下
方では磁束線５０はほぼ垂直方向に分布し、周方
向の成分は少ない（イの閉ル−プはほぼ垂直に分
布している）。また放射状コア４０の腕例えば４
０ａと４０ｂのすき間では、両側のコアに向かつ
て磁束５０が集まるので周方向の磁束が存在する
が、４０ａと４０ｂとの間のすき間で磁束が左右
に分かれており、コアの腕４０ａと４０ｂの上方
では磁束密度が急激に低下する。したがつて１対
のリード例えば２４および２５をロのようにコア
の腕４０ａと４０ｂとの間のすき間のほぼ中央位
置から軸方向に垂直に引き出し、コア４０の上方
の磁束密度が充分低い位置S₂において半径方向に
折り曲げるよう形成すれば、うず巻きコイル２０
に流れる電流によつて誘起された磁束５０とリー
ド線とが鎖交することを防止でき、非整数ターン
の部分コイルに巻数に比例した鎖交磁束を与える
ことができる。

第７図は部分コイル２１〜２３の１ターン未満
の非整数ターン部分の概念図で上述の状況を説明
するためのものである。図において実線BPCは
非整数ターン部分のコイルを示しており、角度Θ
度だけ欠けて引き出しリードBAおよびCDが軸
方向に引き出されている。リードBA，CDが第
６図のように放射状コアの腕のすき間のほぼ中央
部分から軸方向にそれぞれ引き出されるよう形成
されていれば、リードBAおよびCDはいずれも
磁束５０とほとんど鎖交しない。したがつて非整
数ターンのコイルBPCはΘ度分だけ欠けた磁束
とだけ鎖交し、引き出しリードBAおよびCDが
コイルBPCの鎖交磁束に影響を及ぼさないよう
にすることができる。

つぎに複数の部分コイル２１〜２３のリード引
き出し位置の決め方について説明する。

第８図は前述の実施例における各ターンコイル
の鎖交磁束数を示すグラフである。図において従
軸は各ターンコイル１０１（最外側ターン）から
１１０（最内側ターン）の鎖交磁束数を、横軸は
各ターンコイルの位置を表わしている。各ターン
コイルの鎖交磁束の分布は、図のようにうず巻き
コイルの中央部のターンコイル１０６で最大にな
り内側または外側で減少する凸形の分布となる。

ここで、部分コイルを３個とし、並列導体数を
３にするためには、この凸状の面積を平等に３分
割し、その位置を引き出しリードの引き出し位置
とすれば良い。すなわち第８図でターンコイル
104上の位置Ｂと、ターンコイル107上の位置Ｃで
凸状の面積が３等分される。位置Ｂはターンコイ
ル104を１：１に分割する点にあり、位置Ｃはタ
ーンコイル107を７：３に分割する点にある。し
たがつて、ターンコイル104の角度180度の点と、
ターンコイル107の角度（７／10）×360度の点と、
うず巻きコイルの始終端であるＡ点とから各リー
ドを引き出せば良い。

ただし、引出しリードはコアの隙間中央からし
か引き出せないので厳密に磁気的に平衡する位置
から引出しリードを引き出すことは出来ないが、
実用的に問題を生ずるほどではない。この第８図
の鎖交磁束分布を求めるには、電算機による磁界
計算を行うことにより容易且つ正確に計算するこ
とができる。

〔考案の効果〕

本考案によれば、前述の説明のように、まず互
いに逆向きの同じ大きさの電流が流れる近接且つ
平行に配された一対のリード線を、互いに隣接し
て設けられた異なる部分コイルの始端リードと終
端リードとで構成したことにより、リード線の引
き出し位置をコアの任意の隙間の位置に近接して
設けることが出来た。次に往復１対のリード線の
引き出し方向を軸方向または半径方向に規制する
よう構成したことにより、１ターン未満の非整数
ターンコイルの鎖交磁束を巻数に比例するように
することが出来た。またうず巻きコイルの総巻数
を整数ターンとするよう構成したことにより、最
内周ターンと最外周ターンの始端と終端を一つの
半径上に位置させることができた。また上述の３
つの構成を総合して、部分コイルを非整数ターン
コイルとして構成することを可能にし、かつ部分
コイル数または並列導体数を任意の数にすること
ができた。また各部分コイルの鎖交磁束が互いに
等しくなるように、各部分コイルの巻数または１
対のリード線の引き出し位置を決めるようにした
結果、各部分コイルに同じ大きさの電流を流すこ
とが出来る任意の数の多並列導体を有する大電流
用のうず巻きコイルを提供することが出来た。

なお、前述の説明は溶融金属を誘導加熱するの
に用いられるうず巻きコイルについて行つたが、
この考案のうず巻きコイルは多並列導体を有する
大電流用のうず巻きコイルを使用する電機装置に
広く利用出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はコア付き渦巻コイルが使用される状態
を示す誘導加熱装置の概略図、第２図および第３
図は従来のうず巻きコイルの接続図、第４図はう
ず巻きコイルの転位方法の説明図、第５図は本考
案の実施例を示すコア付きうず巻きコイルの構造
図第６図はコア付きうず巻きコイルの磁束分布
図、第７図は非整数ターンコイルの鎖交磁束を説
明するための概念図、第８図は各ターンコイルの
磁束分布とリード引き出し位置を示すグラフであ
る。 図において、１……保温容器、２……溶融金
属、３，２０……うず巻きコイル、４，４０……
放射状コア、２１，２２，２３……部分コイル、
２４〜２９……引出しリード、２４，２５……１
対の引出しリード、３０……母線、１０１〜１１
０……ターンコイル、５０……磁束線、４０ａ，
４０ｂ……コアの腕、Ａ，Ｂ，Ｃ……リード引き
出し位置、である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 大電流を導く導体を層間絶縁を介して円板状に
   巻回した部分コイルがその外周面に接して順次巻
   き重ねられて複数個の部分コイルが形成され前記
   部分コイルが相互に並列接続されてうず巻きコイ
   ルが形成され、このうず巻きコイルの一方の軸方
   向側に間隙をおいて同軸状に放射状コアが配設さ
   れたものにおいて、前記各部分コイルが非整数タ
   ーンコイルであり、かつ全体の巻数が整数ターン
   になるよう形成され、互いに隣接する部分コイル
   の一方の始端と他方の終端とが同一円周上の近接
   した位置において１対の平行なリード線に接続さ
   れ、内周端コイルの始端と外周端コイル終端とが
   一つの半径上に配され、少なくとも一方が半径方
   向に引き出されて近接した位置において１対の平
   行なリード線に接続され、前記各１対のリード線
   が前記放射状コアの腕のすき間から軸方向に引き
   出され、前記複数対のリード線が相互に並列接続
   されたことを特徴とするコア付きうず巻きコイ
   ル。