特開 2023-71469 コイル装置、充電装置、及び電源装置

(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】P2023071469

(43)【公開日】2023-05-23

(54)【発明の名称】コイル装置、充電装置、及び電源装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 37/00 20060101AFI20230516BHJP

   H01F 27/22 20060101ALI20230516BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20230516BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230516BHJP

   H01F 27/24 20060101ALI20230516BHJP

【ＦＩ】

H01F37/00 G

H01F37/00 A

H01F37/00 J

H01F37/00 S

H01F27/22

H02J50/10

H02J7/00 301D

H01F27/24 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021184283

(22)【出願日】2021-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】加藤 彰

(72)【発明者】

【氏名】崎山 一幸

(72)【発明者】

【氏名】山川 岳彦

【テーマコード（参考）】

5E050

5G503

【Ｆターム（参考）】

5E050CB03

5E050JA02

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503FA06

5G503GB08

(57)【要約】

【課題】不平衡な温度分布に起因する磁性体コアの破損が生じにくいコイル装置を提供する。
【解決手段】コイル装置は、磁性体コア３１０と、磁性体コア３１０に巻回された巻線３１３，３１４と、筐体３１５とを備える。筐体３１５は、冷却装置３０１に熱的に接触可能な放熱領域であって、磁性体コア３１０の底面３１１ｄに向かって突出して磁性体コア３１０をそれぞれ支持する柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄを有する放熱領域を有する。柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、合計して磁性体コア３１０の底面３１１ｄ全体の面積のうちの所定値以下の面積を有する接触領域３１７ａ～３１７ｄにおいて磁性体コア３１０の底面３１１ｄに接触して磁性体コア３１０を支持する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された少なくとも１つの巻線と、
筐体とを備え、
前記筐体は、冷却装置に熱的に接触可能な放熱領域であって、前記磁性体コアの底面に向かって突出して前記磁性体コアをそれぞれ支持する少なくとも３つの柱部を有する放熱領域を有し、
前記少なくとも３つの柱部は、合計して前記磁性体コアの底面全体の面積のうちの所定値以下の面積を有する接触領域において前記磁性体コアの底面に接触して前記磁性体コアを支持する、
コイル装置。

【請求項2】

前記接触領域は、合計して前記磁性体コアの底面全体の面積のうちの１０分の１以下の面積を有する、
請求項１記載のコイル装置。

【請求項3】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面に垂直な１つの内脚部及び２つの外脚部を有する外鉄型磁性体コアであり、
前記少なくとも１つの巻線は前記内脚部に巻回され、
前記磁性体コアの底面は矩形形状を有し、
前記筐体は、前記放熱領域において、前記磁性体コアの底面の４つのコーナー部に向かって突出して前記磁性体コアをそれぞれ支持する４つの柱部を有する、
請求項１又は２記載のコイル装置。

【請求項4】

前記各外脚部は、前記磁性体コアの底面に平行な断面であって、長辺及び短辺を有する矩形形状の断面を有し、
前記４つの柱部のそれぞれは、前記各外脚部の断面の短辺の長さ以下の縦方向及び横方向の長さを有する個別の接触領域において前記磁性体コアの底面に接触して前記磁性体コアを支持する、
請求項３記載のコイル装置。

【請求項5】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面を含むＥ字形の第１のコア部分と、Ｅ字形の第２のコア部分とを含む、
請求項３又は４記載のコイル装置。

【請求項6】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面を含むＥ字形の第１のコア部分と、Ｉ字形の第２のコア部分とを含む、
請求項３又は４記載のコイル装置。

【請求項7】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面を含むＩ字形の第１のコア部分と、Ｅ字形の第２のコア部分とを含む、
請求項３又は４記載のコイル装置。

【請求項8】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面を含むＥ字形の第１のコア部分と、Ｕ字形の第２のコア部分と、Ｕ字形の第３のコア部分とを含む、
請求項３又は４記載のコイル装置。

【請求項9】

前記磁性体コアは、前記磁性体コアの底面を含むＩ字形の第１のコア部分と、Ｕ字形の第２のコア部分と、Ｕ字形の第３のコア部分とを含む、
請求項３又は４記載のコイル装置。

【請求項10】

前記各柱部は、前記筐体に対する前記磁性体コアの位置を制約するガイドを有する、
請求項１～９のうちの１つに記載のコイル装置。

【請求項11】

前記コイル装置は、
前記磁性体コア及び前記筐体の間に充填された充填材と、
前記磁性体コア及び前記各柱部の間に挿入された断熱材とをさらに備え、
前記断熱材は、前記充填材の熱伝導率より低い熱伝導率を有する、
請求項１～１０のうちの１つに記載のコイル装置。

【請求項12】

前記断熱材は接着剤である、
請求項１１記載のコイル装置。

【請求項13】

充電池に充電電力を供給する充電装置であって、
請求項１～１２のうちの１つに記載のコイル装置を備える、
充電装置。

【請求項14】

負荷に電源電力を供給する電源装置であって、
請求項１～１２のうちの１つに記載のコイル装置を備える、
電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コイル装置に関し、また、コイル装置を備えた充電装置及び電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車は、車載の充電池を充電するために、商用交流電源から取得した交流電力を直流電力に変換する車載の電力変換装置を備える。

【0003】

電力変換装置は、インダクタ及びトランスなどを含むさまざまなコイル装置を備える。例えば、特許文献１は、Ｅ型形状である２つのコア部材の開口部を向き合わせて組み立てられたコアを開示している。また、特許文献２は、Ｅ型コアを備える外鉄型のコイル装置において、中脚を所定の隙間を介して分離し、その間に放熱シートを介在させることを開示している。また、特許文献３は、製造上の問題でそりが発生したコアに対して、コアを支持部材に確実に固定し、かつコアの割れを防止する磁気部品を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１３１５４０号公報

【特許文献2】特許第５９７４８３３号公報

【特許文献3】特開２０１９－２０１１５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような電力変換装置において、コイル装置の磁性体コアの温度は、電力変換装置の動作が継続するにつれて次第に増大する。磁性体コアの温度が過度に増大すると、磁性体コアの不平衡な温度分布に起因して磁性体コアに応力が生じる。このような応力が生じる結果、磁性体コアが破損するおそれがある。従って、不平衡な温度分布が生じにくく、磁性体コアが破損しにくいコイル装置が求められる。

【0006】

本開示の目的は、従来よりも不平衡な温度分布に起因する磁性体コアの破損が生じにくいコイル装置を提供することにある。また、本開示の目的は、そのようなコイル装置を備えた充電装置及び電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係るコイル装置は、
磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された少なくとも１つの巻線と、
筐体とを備え、
前記筐体は、冷却装置に熱的に接触可能な放熱領域であって、前記磁性体コアの底面に向かって突出して前記磁性体コアをそれぞれ支持する少なくとも３つの柱部を有する放熱領域を有し、
前記少なくとも３つの柱部は、合計して前記磁性体コアの底面全体の面積のうちの所定値以下の面積を有する接触領域において前記磁性体コアの底面に接触して前記磁性体コアを支持する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、不平衡な温度分布に起因する磁性体コアの破損が生じにくいコイル装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る車載充電装置１０１の構成例を示すブロック図である。

【図2】図１のＤＣ－ＤＣコンバータ１０５の構成例を示す回路図である。

【図3】図２のトランス２０６を備えたトランス装置３００であって、冷却装置３０１上に配置されたトランス装置３００の外観を示す斜視図である。

【図4】図３のトランス装置３００から筐体３１５の側面部３１５ａを除去した状態でトランス装置３００の構成例を示す斜視図である。

【図5】図３のＡ－Ａ’線におけるトランス装置３００の縦断面図である。

【図6】図５の第１のコア部分３１１と筐体３１５の各柱部３１５ｂａ、３１５ｂｂ，３１５ｂｃ、３１５ｂｄとの接触領域３１７ａ，３１７ｂ，３１７ｃ，３１７ｄを示す図である。

【図7】図３のトランス装置３００において発生する例示的な磁束を示す縦断面図である。

【図8】図３のトランス装置３００において発生する例示的な磁束を示す底面図である。

【図9】比較例に係るトランス装置４００の構成例を示す斜視図である。

【図10】図９のＢ－Ｂ’線におけるトランス装置４００の縦断面図である。

【図11】図１０の第１のコア部分３１１と筐体４１５の接触領域４１７を示す図である。

【図12】比較例に係るトランス装置４００において、トランス装置４００の第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２の間で温度差が生じたときに発生する熱応力とコアの変形を計算したシミュレーション結果を示す縦断面図である。

【図13】第１の実施形態に係るトランス装置３００において、トランス装置３００の第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２の間で温度差が生じたときに発生する熱応力とコアの変形を計算したシミュレーション結果を示す縦断面図である。

【図14】第１の実施形態の第１の変形例に係るトランス装置３００Ａの構成例を示す縦断面図である。

【図15】第１の実施形態の第２の変形例に係るトランス装置３００Ｂの構成例を示す縦断面図である。

【図16】第１の実施形態の第３の変形例に係るトランス装置３００Ｃの構成例を示す縦断面図である。

【図17】第１の実施形態の第４の変形例に係るトランス装置３００Ｄの構成例を示す縦断面図である。

【図18】第２の実施形態に係るトランス装置３００Ｅの構成例を示す縦断面図である。

【図19】第３の実施形態に係るインダクタ装置３００Ｆの構成例を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する構成は、本開示の一例に過ぎず、本開示は下記の実施形態に限定されることはなく、これら実施形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能である。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

【0011】

［第１の実施形態］
［全体構成］
図１は、第１の実施形態に係る車載充電装置１０１の構成例を示すブロック図である。図１の車載充電装置１０１は、商用交流電源１０２から供給された交流電力を直流電力に変換して充電池１０６に出力し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５に内蔵されるトランス２０６によりその変換前後を絶縁することを特徴とする。なお、車載充電装置１０１は充電装置又は電源装置の一例であり、充電池１０６は負荷などの一例である。

【0012】

図１において、車載充電装置１０１は、整流及び平滑回路１０３と、力率改善回路（ＰＦＣ回路）１０４と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５とを備えて構成される。電気自動車又はプラグインハイブリッド車では、１００Ｖ又は２００Ｖの商用交流電源１０２からの交流電力を、整流及び平滑回路１０３で整流しかつ平滑する。次いで、ＰＦＣ回路１０４は、入力される整流平滑された電圧に対して力率改善を行い、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５に出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、入力される直流電圧を、その後段の充電池１０６の電池電圧に応じた直流の出力電圧となるように電圧変換する。

【0013】

車載充電装置１０１では、各部品を放熱及び冷却するために、水冷式又は空冷式の冷却装置をさらに備える。

【0014】

図２は、図１のＤＣ－ＤＣコンバータ１０５の構成例を示す回路図である。本実施形態では、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５の一例として、産業用のスイッチング電源装置、車載充電装置、更にはパワーコンバータなど、高効率電源装置に広く用いられているＬＬＣ共振型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いる。

【0015】

図２において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、入力端子Ｔ１，Ｔ２と、出力端子Ｔ３，Ｔ４とを備える。ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、入力端子Ｔ１，Ｔ２と出力端子Ｔ３，Ｔ４との間に、インバータ回路２０１と、共振キャパシタ２０９と、トランス２０６と、整流回路２１０と、平滑キャパシタ２１１と、制御回路２２０とを備える。

【0016】

インバータ回路２０１は、スイッチング素子である例えばＮチャネルのＭＯＳトランジスタ２０２～２０５をブリッジ形式で接続することで構成される。制御回路２２０は、インバータ回路２０１の動作を制御するゲート信号Ｓｇ１～Ｓｇ４を発生する。インバータ回路２０１は、ゲート信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に応じてＭＯＳトランジスタ２０２～２０５がオン又はオフされることで、直流電圧を交流電圧に変換する。

【0017】

ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ４は、互いに同期し、同じ波形を有する。同様に、ゲート信号Ｓｇ２，ゲート信号Ｓｇ３は、互いに同期し、同じ波形を有する。ゲート信号Ｓｇ２，Ｓｇ３の波形は、ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ４の波形に対して反転している。したがって、ＭＯＳトランジスタ２０２，２０５は、ゲート信号Ｓｇ１，Ｓｇ４に応じて、互いに同期してオン又はオフされる。同様に、ＭＯＳトランジスタ２０３，２０４は、ゲート信号Ｓｇ２，Ｓｇ３に応じて、互いに同期してオン又はオフされる。そして、ＭＯＳトランジスタ２０２，２０５と、ＭＯＳトランジスタ２０３，２０４とは、互いに逆相で動作する。すなわち、ＭＯＳトランジスタ２０２，２０５がオンされると同時に、ＭＯＳトランジスタ２０３，２０４はオフされる。また、ＭＯＳトランジスタ２０２，２０５がオフされると同時に、ＭＯＳトランジスタ２０３，２０４はオンされる。

【0018】

トランス２０６は、漏れインダクタンス２０７と、１次巻線の励磁インダクタンス２０８と、２次巻線のインダクタンス２１２とを有する。図３～図５などを参照して後述するように、トランス２０６は、磁性体コア３１０及び巻線３１３，３１４を備え、また、トランス２０６は、筐体３１５他と一体化されたトランス装置３００として構成される。

【0019】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１０５においては、インバータ回路２０１は入力電圧をスイッチングすることで交流電圧に変換し、共振キャパシタ２０９及びトランス２０６を介して整流回路２１０に出力する。ここで、所望の出力電圧を発生するために、トランス２０６の一次側の漏れインダクタンス２０７及び励磁インダクタンス２０８並びに共振キャパシタ２０９からなる２つのインダクタンスと１つのキャパシタの共振を利用する。制御回路２２０は、４つのＭＯＳトランジスタ２０２～２０５のスイッチング周波数を変化させる周波数変調方式を用いて出力電圧を変化させるようにインバータ回路２０１を制御する。

【0020】

トランス２０６の二次側の出力電圧は整流回路２１０で整流され、平滑キャパシタ２１１により平滑された後、整流及び平滑後の直流電圧が出力される。

【0021】

以上のように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータ１０５は、ゼロ電圧スイッチングを行うことでスイッチング損失を低減することができ、また、正弦波に近いスイッチング電流を発生することでサージ電流及びサージ電圧を低減し、従ってノイズを低減することができる。

【0022】

［トランスの構成］
図３は、図２のトランス２０６を備えたトランス装置３００であって、冷却装置３０１上に配置されたトランス装置３００の外観を示す斜視図である。図４は、図３のトランス装置３００から筐体３１５の側面部３１５ａを除去した状態でトランス装置３００の構成例を示す斜視図である。図５は、図３のＡ－Ａ’線におけるトランス装置３００の縦断面図である。

【0023】

以下、トランス装置３００の筐体３１５の底面（すなわち、筐体３１５が冷却装置３０１に接する面）に直交する方向をｙ軸方向とし、当該底面に平行な面をｘｚ平面とする。図５において、ｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とし、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とする。すなわち、図５において、上下方向をｙ軸方向とし、左右方向をｘ軸方向として説明する。ただし、各図面に関して上下及び左右などの語句に言及しても、トランス装置３００の使用形態を限定する趣旨ではない。

【0024】

図３～図５に示すように、トランス装置３００は、磁性体コア３１０と、磁性体コア３１０に巻回された巻線３１３，３１４と、筐体３１５とを備える。磁性体コア３１０は、第１のコア部分３１１及び第２のコア部分３１２を含む。磁性体コア３１０及び巻線３１３，３１４は、図２のトランス２０６を構成する。トランス装置３００は、磁性体コア３１０及び筐体３１５の間に充填された充填材３１６をさらに備える。トランス装置３００はコイル装置の一例である。

【0025】

図５を参照すると、第１のコア部分３１１は、第１の外脚部３１１ａａと、第２の外脚部３１１ａｂと、内脚部３１１ｂと、底部３１１ｃとを含む。底部３１１ｃは、ｘｚ平面に平行な矩形形状の底面３１１ｄを有する。図５の縦断面図において、外脚部３１１ａａは、底部３１１ｃの－ｘ方向側端部から＋ｙ方向に延在するように構成される。外脚部３１１ａｂは、底部３１１ｃの＋ｘ方向側端部から＋ｙ方向に延在するように構成される。内脚部３１１ｂは底部３１１ｃの中央部から＋ｙ方向に延在するように構成される。

【0026】

図５を参照すると、第２のコア部分３１２は、第１の外脚部３１２ａａと、第２の外脚部３１２ａｂと、内脚部３１２ｂと、底部３１２ｃとを含む。図５の縦断面図において、外脚部３１２ａａは、底部３１２ｃの－ｘ方向側端部から－ｙ方向に延在するように構成される。外脚部３１２ａｂは、底部３１２ｃの＋ｘ方向側端部から－ｙ方向に延在するように構成される。内脚部３１２ｂは底部３１２ｃの中央部から－ｙ方向に延在するように構成される。

【0027】

第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２は、例えばフェライトなどの磁性体からなる。

【0028】

言いかえると、磁性体コア３１０は、図５に示すように、磁性体コア３１０の底面３１１ｄを含むＥ字形の第１のコア部分３１１と、Ｅ字形の第２のコア部分３１２とを含む。磁性体コア３１０は、底面３１１ｄに垂直な１つの内脚部及び２つの外脚部、すなわち、内脚部３１１ｂ，３１２ｂと、外脚部３１１ａａ，３１２ａａと、外脚部３１１ａｂ，３１２ａｂとを有する外鉄型磁性体コアである。巻線３１３，３１４は内脚部３１１ｂ，３１２ｂに巻回される。

【0029】

外脚部３１１ａａ，３１２ａａ及び外脚部３１１ａｂ，３１２ａｂはそれぞれ磁性体コア３１０の底面３１１ｄに平行な断面であって、長辺及び短辺を有する矩形形状の断面を有する。図５の例では、外脚部３１１ａａ，３１２ａａの断面の短辺は長さｄ１を有し、外脚部３１１ａｂ，３１２ａｂの断面の短辺は長さｄ２を有する。

【0030】

図３に示すように、トランス装置３００は、冷却装置３０１に熱的に接触されることで冷却される。冷却装置３０１は、例えば液冷式冷却装置であり、管路３０２，３０３を介して放熱器及びポンプ（図示せず）に接続される。

【0031】

筐体３１５は、側面部３１５ａと、第１の柱部３１５ｂａと、第２の柱部３１５ｂｂと、第３の柱部３１５ｂｃと、第４の柱部３１５ｂｄ（柱部３１５ｂｄは図示せず）と、底部３１５ｃとを含む。筐体３１５は、高い熱伝導性を有する材料、例えば金属からなる。筐体３１５の底部３１５ｃは、冷却装置３０１に熱的に接触可能な放熱領域である。各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、筐体３１５の底部３１５ｃから磁性体コア３１０の底面３１１ｄに向かって突出して磁性体コア３１０をそれぞれ支持する。

【0032】

柱部３１５ｂａ，３１５ｂｂ，３１５ｂｃ，３１５ｂｄは、ガイド３１５ｂａａ，３１５ｂｂａ，３１５ｂｃａ，３１５ｂｄａ（ガイド３１５ｂｄａは図示せず）をそれぞれ有する。各ガイド３１５ｂａａ～３１５ｂｄａは、第１のコア部分３１１と各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄが所定の位置において接触するように、筐体３１５に対する磁性体コア３１０の位置を制約する。本実施形態では、筐体３１５の各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄの＋ｙ方向側端面が、第１の外脚部３１１ａａ及び第２の外脚部３１１ａｂの下方の領域において第１のコア部分３１１の底面３１１ｄに接触するように、各ガイド３１５ｂａａ～３１５ｂｄａが設けられている。

【0033】

言いかえると、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、磁性体コア３１０の底面３１１ｄの４つのコーナー部に向かって突出して磁性体コア３１０をそれぞれ支持する。

【0034】

充填材３１６は、例えばシリコーンなどの絶縁材料からなる。充填材３１６は、第１のコア部分３１１の底部３１１ｃと筐体３１５の底部３１５ｃとの間などに充填されてもよい。また、トランス装置３００の各構成要素は、充填材３１６を介して互いに接してもよい。各ガイド３１５ｂａａ～３１５ｂｄａは、筐体３１５に対する磁性体コア３１０の位置を所定範囲内に制約するものであって、筐体３１５に対して磁性体コア３１０を固定しなくてもよい。トランス装置３００の製造工程において、各ガイド３１５ｂａａ～３１５ｂｄａによって制約される範囲内に磁性体コア３１０を配置した後、筐体３１５内に充填材３１６を充填することで、筐体３１５に対する磁性体コア３１０の位置は充填材３１６によって固定される。

【0035】

図６は、図５の第１のコア部分３１１と筐体３１５の各柱部３１５ｂａ，３１５ｂｂ，３１５ｂｃ，３１５ｂｄとの接触領域３１７ａ，３１７ｂ，３１７ｃ，３１７ｄを示す図である。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと筐体３１５の第１の柱部３１５ｂａとは、接触領域３１７ａにおいて接触する。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと筐体３１５の第２の柱部３１５ｂｂとは、接触領域３１７ｂにおいて接触する。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと筐体３１５の第３の柱部３１５ｂｃとは、接触領域３１７ｃにおいて接触する。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと筐体３１５の第４の柱部３１５ｂｄとは、接触領域３１７ｄにおいて接触する。接触領域３１７ａ～３１７ｄは、磁性体コア３１０の底面３１１ｄの４つのコーナー部に位置する。

【0036】

各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、非常に小さな領域において接触するように、すなわち、実質的に点拘束となるように、磁性体コア３１０を支持する。このため、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、合計して磁性体コア３１０の底面３１１ｄ全体の面積のうちの所定値以下の面積を有する接触領域３１７ａ～３１７ｄにおいて磁性体コア３１０の底面３１１ｄに接触して磁性体コア３１０を支持する。接触領域３１７ａ～３１７ｄは、例えば、合計して磁性体コア３１０の底面３１１ｄ全体の面積のうちの１０分の１以下の面積を有してもよい。

【0037】

第１の柱部３１５ｂａは、接触領域３１７ａの縦方向及び横方向の長さｄ１１ａ，ｄ１１ｂが、外脚部３１１ａａの断面の短辺の長さｄ１以下になるように構成されている。第２の柱部３１５ｂｂは、接触領域３１７ｂの縦方向及び横方向の長さｄ１２ａ，ｄ１２ｂが、外脚部３１１ａｂの断面の短辺の長さｄ２以下になるように構成されている。第３の柱部３１５ｂｃは、接触領域３１７ｃの縦方向及び横方向の長さｄ１３ａ，ｄ１３ｂが、外脚部３１１ａａの断面の短辺の長さｄ１以下になるように構成されている。第４の柱部３１５ｂｄは、接触領域３１７ｄの縦方向及び横方向の長さｄ１４ａ，ｄ１４ｂが、外脚部３１１ａｂの断面の短辺の長さｄ２以下になるように構成されている。

【0038】

例えば、磁性体コア３１０の底面３１１ｄの面積が３０ｃｍ^２である場合、接触領域３１７ａ～３１７ｄのそれぞれの面積が０．５ｃｍ^２になるように構成されてもよい。これにより、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、実質的に点拘束となるように、磁性体コア３１０を支持することができる。

【0039】

図７は、図３のトランス装置３００において発生する例示的な磁束を示す縦断面図である。図８は、図３のトランス装置３００において発生する例示的な磁束を示す底面図である。図７及び図８において、太破線は磁束を示す。本実施形態に係るトランス装置３００では、接触領域３１７ａ～３１７ｄは、動作時に磁束が集中しない場所に設けられる。また、前述したように、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、接触領域３１７ａ，３１７ｃの縦方向及び横方向の長さが外脚部３１１ａａの断面の短辺の長さｄ１以下になるよう、かつ、接触領域３１７ｂ，３１７ｄの縦方向及び横方向の長さが外脚部３１１ａｂの断面の短辺の長さｄ２以下になるように構成されている。磁性体コアに応力がかかると磁性体コアで発生するロスが増大する。磁性体コアと筐体との接触領域にかかる応力は高いので、本実施形態に係るトランス装置３００のように、動作時に磁束が集中しない場所に接触領域３１７ａ～３１７ｄを設けることにより、磁性体コアに応力がかかることに起因する磁性体コアの損失を低減することができる。

【0040】

なお、各図面では、通常のトランスが備える他の構成要素、例えば、ボビン、引き出し線、ボビンカバー（コアと巻線の絶縁距離を確保する）、更には、ボビン及びコアのための位置決め機構などを省略しているが、これらの構成要素を適宜追加してもよい。

【0041】

［第１の実施形態の効果］
図９は、比較例に係るトランス装置４００の構成例を示す斜視図である。図１０は、図９のＢ－Ｂ’線におけるトランス装置４００の縦断面図である。

【0042】

比較例に係るトランス装置４００は、本実施形態に係るトランス装置３００の筐体３１５に代えて、筐体４１５を備える。筐体４１５は、側面部４１５ａ及び底部４１５ｃを含む。筐体４１５は、その底部４１５ｃから突出した柱部をもたず、第１のコア部分３１１の底部３１１ｃは、筐体４１５の底部４１５ｃに直接に接触する。

【0043】

なお、図９は、トランス装置４００から筐体４１５の側面部４１５ａを除去した状態を示す。

【0044】

図１１は、図１０の第１のコア部分３１１と筐体４１５の接触領域４１７を示す図である。筐体４１５は、第１のコア部分３１１の底部３１１ｃの底面全体にわたる接触領域４１７において磁性体コア３１０に接触する。従って、磁性体コア３１０は、その底面全体で、筐体４１５に対して拘束される（面拘束）。

【0045】

図１２は、比較例に係るトランス装置４００において、トランス装置４００の第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２の間で温度差が生じたときに発生する熱応力とコアの変形を計算したシミュレーション結果を示す縦断面図である。図１３は、第１の実施形態に係るトランス装置３００において、トランス装置３００の第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２の間で温度差が生じたときに発生する熱応力とコアの変形を計算したシミュレーション結果を示す縦断面図である。

【0046】

図１２において、破線は、非動作時の第１のコア部分３１１及び第２のコア部分３１２の形状を示し、実線は、動作して発熱しているときの第１のコア部分３１１及び第２のコア部分３１２の形状を示す（符号３１１’，３１２’により示す）。同様に、図１３において、破線は、非動作時の第１のコア部分３１１及び第２のコア部分３１２の形状を示し、実線は、動作して発熱しているときの第１のコア部分３１１及び第２のコア部分３１２の形状を示す（符号３１１”，３１２”により示す）。

【0047】

図１２を参照すると、比較例に係るトランス装置４００において、磁性体コアに温度に応じた熱応力が印加され、第１のコア部分３１１の下面は面拘束されているので変形していないが、第２のコア部分３１２は、その上面において、＋ｙ方向に大きく凸に変形していることがわかる。このように、比較例に係るトランス装置４００では、磁性体コアに熱応力が印加されると、コア割れが発生する可能性がある。

【0048】

一方、図１３を参照すると、本実施形態に係るトランス装置３００では、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、実質的に点拘束となるように磁性体コア３１０を支持しているので、図１２の場合に第２のコア部分３１２に印加されていた熱応力を打ち消す方向に熱応力を発生することができる。そのため、図１３に示すように、第２のコア部分３１２の＋ｙ方向の変形は、比較例に係るトランス装置４００の場合より小さくなっている。シミュレーションにより計算された最大応力を比較すると、本実施形態に係るトランス装置３００のコアにかかる最大応力は、比較例に係るトランス装置４００のコアにかかる最大応力の１/８になり、大幅に小さくなっている。以上説明したように、本実施形態に係るトランス装置３００のように、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄが実質的に点拘束となるように磁性体コア３１０を支持することで、磁性体コア３１０にかかる熱応力を低減することができ、不平衡な温度分布に起因する磁性体コア３１０の破損を生じにくくすることができる。

【0049】

本実施形態に係るトランス装置３００によれば、不平衡な温度分布が生じた場合でもコア割れを回避でき、トランス装置３００の信頼性を高めることができる。

【0050】

なお、本実施形態では、接触領域３１７ａ～３１７ｄが磁性体コア３１０の底面３１１ｄの４つのコーナー部に位置し、また、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、接触領域３１７ａ～３１７ｄの縦方向及び横方向の長さが外脚部３１１ａａ，３１１ａｂの断面の短辺の長さｄ１，ｄ２以下になる場合について説明したが、接触領域の個数、位置、及びサイズはこれに限定されない。接触領域３１７ａ～３１７ｄは、動作時に磁束が集中しない任意の場所に設けられてもよい。また、接触領域３１７ａ～３１７ｄの面積を削減して点拘束に近づけるほど、磁性体コア３１０の破損を生じにくくする効果は大きくなる。

【0051】

［第１の実施形態の変形例］
図３～図５の例では、Ｅ字形の第１のコア部分３１１と、Ｅ字形の第２のコア部分３１２とを含む磁性体コア３１０について説明したが、これに限らず、本実施形態に係るトランス装置は、他の形状を有する複数のコア部分を含む磁性体コアを備えてもよい。

【0052】

図１４は、第１の実施形態の第１の変形例に係るトランス装置３００Ａの構成例を示す縦断面図である。トランス装置３００Ａは、図５のトランス２０６に代えてトランス２０６Ａを備え、トランス２０６Ａは、図５の磁性体コア３１０に代えて磁性体コア３２０を備える。磁性体コア３２０は、第１のコア部分３２１及び第２のコア部分３２２を含む。第１のコア部分３２１は、第１の外脚部３２１ａａと、第２の外脚部３２１ａｂと、内脚部３２１ｂと、底部３２１ｃとを含む。底部３２１ｃは、ｘｚ平面に平行な矩形形状の底面３２１ｄを有する。言いかえると、磁性体コア３２０は、図１４に示すように、磁性体コア３２０の底面３２１ｄを含むＥ字形の第１のコア部分３２１と、Ｉ字形の第２のコア部分３２２とを含む。磁性体コア３２０は、底面３２１ｄに垂直な１つの内脚部３２１ｂ及び２つの外脚部３２１ａａ，３２１ａｂを有する外鉄型磁性体コアである。巻線３１３，３１４は内脚部３２１ｂに巻回される。

【0053】

図１５は、第１の実施形態の第２の変形例に係るトランス装置３００Ｂの構成例を示す縦断面図である。トランス装置３００Ｂは、図５のトランス２０６に代えてトランス２０６Ｂを備え、トランス２０６Ｂは、図５の磁性体コア３１０に代えて磁性体コア３３０を備える。磁性体コア３３０は、第１のコア部分３３１及び第２のコア部分３３２を含む。第１のコア部分３３１は、ｘｚ平面に平行な矩形形状の底面３３１ｄを有する。第２のコア部分３３２は、第１の外脚部３３２ａａと、第２の外脚部３３２ａｂと、内脚部３３２ｂと、底部３３２ｃとを含む。言いかえると、磁性体コア３３０は、図１５に示すように、磁性体コア３３０の底面３３１ｄを含むＩ字形の第１のコア部分３３１と、Ｅ字形の第２のコア部分３３２とを含む。磁性体コア３３０は、底面３３１ｄに垂直な１つの内脚部３３２ｂ及び２つの外脚部３３２ａａ，３３２ａｂを有する外鉄型磁性体コアである。巻線３１３，３１４は内脚部３３２ｂに巻回される。

【0054】

図１６は、第１の実施形態の第３の変形例に係るトランス装置３００Ｃの構成例を示す縦断面図である。トランス装置３００Ｃは、図５のトランス２０６に代えてトランス２０６Ｃを備え、トランス２０６Ｃは、図５の磁性体コア３１０に代えて磁性体コア３４０を備える。磁性体コア３４０は、第１のコア部分３４１、第２のコア部分３４２、及び第３のコア部分３４３を含む。第１のコア部分３４１は、第１の外脚部３４１ａａと、第２の外脚部３４１ａｂと、内脚部３４１ｂと、底部３４１ｃとを含む。底部３４１ｃは、ｘｚ平面に平行な矩形形状の底面３４１ｄを有する。第２のコア部分３４２は、外脚部３４２ａと、内脚部３４２ｂと、底部３４２ｃとを含む。第３のコア部分３４３は、外脚部３４３ａと、内脚部３４３ｂと、底部３４３ｃとを含む。言いかえると、磁性体コア３４０は、図１６に示すように、磁性体コア３４０の底面３４１ｄを含むＥ字形の第１のコア部分３４１と、Ｕ字形の第２のコア部分３４２と、Ｕ字形の第３のコア部分３４３とを含む。磁性体コア３４０は、底面３４１ｄに垂直な１つの内脚部及び２つの外脚部、すなわち、内脚部３４１ｂ，３４２ｂ，３４３ｂと、外脚部３４１ａａ，３４２ａと、外脚部３４１ａｂ，３４３ａとを有する外鉄型磁性体コアである。巻線３１３，３１４は内脚部３４１ｂ，３４２ｂ，３４３ｂに巻回される。

【0055】

図１７は、第１の実施形態の第４の変形例に係るトランス装置３００Ｄの構成例を示す縦断面図である。トランス装置３００Ｄは、図５のトランス２０６に代えてトランス２０６Ｄを備え、トランス２０６Ｄは、図５の磁性体コア３１０に代えて磁性体コア３５０を備える。磁性体コア３５０は、第１のコア部分３５１、第２のコア部分３５２、及び第３のコア部分３５３を含む。第１のコア部分３５１は、ｘｚ平面に平行な矩形形状の底面３５１ｄを有する。第２のコア部分３５２は、外脚部３５２ａと、内脚部３５２ｂと、底部３５２ｃとを含む。第３のコア部分３５３は、外脚部３５３ａと、内脚部３５３ｂと、底部３５３ｃとを含む。言いかえると、磁性体コア３５０は、図１６に示すように、磁性体コア３５０の底面３５１ｄを含むＩ字形の第１のコア部分３５１と、Ｕ字形の第２のコア部分３５２と、Ｕ字形の第３のコア部分３５３とを含む。磁性体コア３５０は、底面３５１ｄに垂直な１つの内脚部及び２つの外脚部、すなわち、内脚部３５２ｂ，３５３ｂと、外脚部３５２ａと、外脚部３５３ａとを有する外鉄型磁性体コアである。巻線３１３，３１４は内脚部３５２ｂ，３５３ｂに巻回される。

【0056】

図１４～図１７のトランス装置３００Ａ～３００Ｄのいずれについても、磁性体コア３２０～３５０と筐体３１５と組み合わせることにより、図３～図５のトランス装置３００と同様に、不平衡な温度分布に起因する磁性体コア３２０～３５０の破損を生じにくくすることができる。

【0057】

［第２の実施形態］
図１８は、第２の実施形態に係るトランス装置３００Ｅの構成例を示す縦断面図である。トランス装置３００Ｅは、図３～図５のトランス装置３００の各構成要素に加えて、磁性体コア３１０及び各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄの間にそれぞれ挿入された断熱材３１８ａ～３１８ｄをさらに備える。

【0058】

磁性体コア３１０の底面３１１ｄと柱部３１５ｂａとの間に第１の断熱材３１８ａが挿入される。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと柱部３１５ｂｂとの間に第２の断熱材３１８ｂが挿入される。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと柱部３１５ｂｃとの間に第３の断熱材３１８ｃ（図示せず）が挿入される。磁性体コア３１０の底面３１１ｄと柱部３１５ｂｄとの間に第４の断熱材３１８ｄ（図示せず）が挿入される。言いかえると、各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄは、断熱材３１８ａ～３１８ｄを介して間接的に接触領域３１７ａ～３１７ｄに接触する。

【0059】

トランス装置３００Ｅの動作時に、トランス２０６の少なくとも一部の領域において最大温度ＴＭが発生し、筐体３１５の底部３１５ｃの下面（図３の冷却装置３０１に接触する面であって、柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄとは反対側の面）が冷却温度Ｔ０に設定された場合を想定する。第１の実施形態に係るトランス装置３００では、磁性体コア３１０の底面４０１ｄの接触領域３１７ａ～３１７ｄの温度が冷却温度Ｔ０に近づき、磁性体コア３１０において大きな温度勾配が発生する可能性がある。一方、第２の実施形態に係るトランス装置３００Ｅでは、磁性体コア３１０及び各柱部３１５ｂａ～３１５ｂｄの間に断熱材３１８ａ～３１８ｄをそれぞれ挿入したことにより、接触領域３１７ａ～３１７ｄの温度が下がりにくくなる。これにより、最大温度ＴＭと、接触領域３１７ａ～３１７ｄの温度との温度差が小さくなり、従って、第１のコア部分３１１と第２のコア部分３１２の温度差が小さくなる。その結果、熱応力による変形が小さくなり、コア割れを防止することができる。

【0060】

断熱材３１８ａ～３１８ｄは、接触領域３１７ａ～３１７ｄが同一の温度ＴＳになるように構成されてもよく、接触領域３１７ａ～３１７ｄが互いに異なる温度Ｔａ～Ｔｄになるように構成されてもよい。

【0061】

断熱材３１８ａ～３１８ｄは、充填材３１６の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料からなる。断熱材３１８ａ～３１８ｄは、エポキシ樹脂などの接着剤であってもよく、プラスチック又はゴムなどの他の材料であってもよい。例えば、充填材３１６がシリコーンである場合、シリコーンは熱伝導率：１～２Ｗ／（ｍ・ｋ）を有する。一方、エポキシ樹脂、プラスチック、及びゴムは、熱伝導率：０．１～０．３Ｗ／（ｍ・ｋ）を有する。

【0062】

第２のコア部分３１２内での最大温度ＴＭと温度ＴＳとの温度差により、磁性体コア３１０に印加される熱応力が変化する。例えば、最大温度ＴＭと温度ＴＳとの温度差を５０℃から３０℃に低減することで、磁性体コア３１０に印加される最大応力を３％程度低減することができる。

【0063】

［第３の実施形態］
図１９は、第３の実施形態に係るインダクタ装置３００Ｆの構成例を示す縦断面図である。インダクタ装置３００Ｆは、磁性体コア３１０と、磁性体コア３１０に巻回された巻線３１９と、筐体３１５とを備える。磁性体コア３１０及び巻線３１９は、インダクタ２０６Ｆを構成する。インダクタ装置３００Ｆは、磁性体コア３１０及び筐体３１５の間に充填された充填材３１６をさらに備える。インダクタ装置３００Ｆはコイル装置の一例である。

【0064】

言いかえると、インダクタ装置３００Ｆは、図５の２つの巻線３１３，３１４に代えて、１つの巻線３１９を備える。図１９のインダクタ装置３００Ｆについても、磁性体コア３１０と筐体３１５と組み合わせることにより、図３～図５のトランス装置３００などと同様に、不平衡な温度分布に起因する磁性体コア３１０の破損を生じにくくすることができる。

【0065】

第３の実施形態に係るインダクタ装置３００Ｆは、第１及び第２の実施形態に係るトランス装置３００，３００Ａ～３００Ｅと同様に、充電装置及び電源装置などの任意の電子回路に適用可能である。

【0066】

［他の実施形態］
説明した実施形態では、筐体の底部から磁性体コアの底面に向かって突出して磁性体コアをそれぞれ支持する４つの柱部を用いる場合について説明したが、３つ又は５つ以上の柱部を用いてもよい。

【0067】

図３では、筐体の底面が水冷式冷却装置に接触する場合について説明したが、筐体の底面は、放熱器に直接に接触してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本開示の一態様に係るコイル装置は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータのような電力変換回路に適用可能である。

【0069】

本開示に係るコイル装置は、充電池に充電電圧を供給する充電装置のＤＣ－ＤＣコンバータに限らず、負荷に所定の電源電圧を供給する種々の電源装置にも利用できる。

【符号の説明】

【0070】

１０１ 車載充電装置
１０２ 商用交流電源
１０３ 整流及び平滑回路
１０４ 力率改善回路（ＰＦＣ回路）
１０５ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１０６ 充電池
２０１ インバータ回路
２０２～２０５ ＭＯＳトランジスタ
２０６，２０６Ａ～２０６Ｄ トランス
２０６Ｆ インダクタ
２０７ 漏れインダクタンス
２０８ 励磁インダクタンス
２０９ 共振キャパシタ
２１０ 整流回路
２１１ 平滑キャパシタ
２１２ インダクタンス
２２０ 制御回路
３００，３００Ａ～３００Ｄ トランス装置
３００Ｆ インダクタ装置
３０１ 冷却装置
３０２，３０３ 管路
３１０ 磁性体コア
３１１ 第１のコア部分
３１１ａａ，３１１ａｂ 外脚部
３１１ｂ 内脚部
３１１ｃ 底部
３１１ｄ 底面
３１２ 第２のコア部分
３１２ａａ，３１２ａｂ 外脚部
３１２ｂ 内脚部
３１２ｃ 底部
３１３ 第１の巻線
３１４ 第２の巻線
３１５ 筐体
３１５ａ 側面部
３１５ｂａ，３１５ｂｂ，３１５ｂｃ，３１５ｂｄ 柱部
３１５ｂａａ，３１５ｂｂａ，３１５ｂｃａ，３１５ｂｄａ ガイド
３１５ｃ 底部
３１６ 充填材
３１７ａ，３１７ｂ，３１７ｃ，３１７ｄ 接触領域
３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄ 断熱材
３１９ 巻線
３２０ 磁性体コア
３２１ 第１のコア部分
３２１ａａ，３２１ａｂ 外脚部
３２１ｂ 内脚部
３２１ｃ 底部
３２１ｄ 底面
３２２ 第２のコア部分
３３０ 磁性体コア
３３１ 第１のコア部分
３３１ｄ 底面
３３２ 第２のコア部分
３３２ａａ，３３２ａｂ 外脚部
３３２ｂ 内脚部
３３２ｃ 底部
３４０ 磁性体コア
３４１ 第１のコア部分
３４１ａａ，３４１ａｂ 外脚部
３４１ｂ 内脚部
３４１ｃ 底部
３４１ｄ 底面
３４２ 第２のコア部分
３４２ａａ，３４２ａｂ 外脚部
３４２ｂ 内脚部
３４２ｃ 底部
３４３ 第３のコア部分
３４３ａａ，３４３ａｂ 外脚部
３４３ｂ 内脚部
３４３ｃ 底部
３５０ 磁性体コア
３５１ 第１のコア部分
３５１ｄ 底面
３５２ 第２のコア部分
３５２ａａ，３５２ａｂ 外脚部
３５２ｂ 内脚部
３５２ｃ 底部
３５３ 第３のコア部分
３５３ａａ，３５３ａｂ 外脚部
３５３ｂ 内脚部
３５３ｃ 底部
ｄ１，ｄ２ 磁性体コアの外脚部の幅
ｄ１１ａ，ｄ１１ｂ，ｄ１２ａ，ｄ１２ｂ，ｄ１３ａ，ｄ１３ｂ，ｄ１４ａ，ｄ１４ｂ 接触領域の幅
Ｔ１～Ｔ４ 端子

【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】