特許 7503387 コイル装置

(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】2024-06-12

(45)【発行日】2024-06-20

(54)【発明の名称】コイル装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/24 20060101AFI20240613BHJP

   H01F 37/00 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

H01F27/24 W

H01F37/00 A

H01F37/00 S

H01F27/24 Q

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020012118

(22)【出願日】2020-01-29

(65)【公開番号】P2021118311

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100078880

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 修平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩太郎

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼田 勉

【審査官】秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１８２８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１４８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４２１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１４１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４３４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３２２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００９３４３５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７９２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２８２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４９－０２００４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６３－０１０５３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－１２９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６３０６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／２４

Ｈ０１Ｆ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコア部材を接着剤で接合したコアと、
前記コアに巻き回されたコイルと、
を備え、
前記コアは、
前記コイルの中心軸と交差する位置に、前記接着剤による前記コア部材同士の接合部を有し、
前記接合部は、
前記中心軸の方向である軸方向における前記コイルの中心位置からずれた位置に配置され、
前記コアは、
一方向に長い基部と、前記基部の中央から前記基部と直交する方向に延び且つ前記コイルが巻き回される中脚部と、前記基部の両端から前記中脚部と平行に延びる一対の外脚部と、を有する一対のＥ型コアを有し、一方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、他方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、が前記接合部を介して接合されており、
前記一方のＥ型コアの中脚部が前記他方のＥ型コアの中脚部よりも長く形成されたことにより、前記接合部が前記コイルの中心位置からずれて位置し、
前記一方のＥ型コアの外脚部が前記他方のＥ型コアの外脚部よりも短く形成され、
前記接合部は、該接合部と前記中心位置との前記軸方向における距離ｄを、前記コアの端面と前記中心位置との前記軸方向における距離Ｄで割った値で示される比率Ｒが０．５以上となる位置に配置された、
コイル装置。

【請求項2】

複数のコア部材を接合したコアと、
前記コアに巻き回されたコイルと、
を備え、
前記コアは、
前記コイルの中心軸と交差する位置に、前記コア部材同士の接合部を有し、
前記接合部は、
接合されるコア部材間に介在配置されるギャップ部材と、
前記ギャップ部材を前記接合されるコア部材間に接着固定する接着層と、
を含み、
前記中心軸の方向である軸方向における前記コイルの中心位置からずれた位置に配置され、
前記コアは、
一方向に長い基部と、前記基部の中央から前記基部と直交する方向に延び且つ前記コイルが巻き回される中脚部と、前記基部の両端から前記中脚部と平行に延びる一対の外脚部と、を有する一対のＥ型コアを有し、一方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、他方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、が前記接合部を介して接合されており、
前記一方のＥ型コアの中脚部が前記他方のＥ型コアの中脚部よりも長く形成されたことにより、前記接合部が前記コイルの中心位置からずれて位置し、
前記一方のＥ型コアの外脚部が前記他方のＥ型コアの外脚部よりも短く形成され、
前記接合部は、該接合部と前記中心位置との前記軸方向における距離ｄを、前記コアの端面と前記中心位置との前記軸方向における距離Ｄで割った値で示される比率Ｒが０．５以上となる位置に配置された、
コイル装置。

【請求項3】

前記接合部は、
前記コイルの内側に配置される、
請求項１又は請求項２に記載のコイル装置。

【請求項4】

前記コアは、
熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のコイル装置。

【請求項5】

前記コア及び前記コイルを覆う放熱部
を更に備え、
前記放熱部は、
熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のコイル装置。

【請求項6】

複数のコア部材を接着剤で接合したコアと、
前記コアに巻き回されたコイルと、
を備え、
前記コアは、
前記コイルの中心軸と交差する位置に、前記接着剤による前記コア部材同士の接合部を有し、
前記接合部は、
前記コイル及び前記コアによる発熱によって
コイル装置の中で最も高温になる位置からずれた位置に配置され、
前記コアは、
一方向に長い基部と、前記基部の中央から前記基部と直交する方向に延び且つ前記コイルが巻き回される中脚部と、前記基部の両端から前記中脚部と平行に延びる一対の外脚部と、を有する一対のＥ型コアを有し、一方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、他方の前記Ｅ型コアの中脚部の突合せ面と、が前記接合部を介して接合されており、
前記一方のＥ型コアの中脚部が前記他方のＥ型コアの中脚部よりも長く形成されたことにより、前記接合部が前記最も高温になる位置からずれて位置し、
前記一方のＥ型コアの外脚部が前記他方のＥ型コアの外脚部よりも短く形成され、
前記接合部は、該接合部と前記中心位置との前記軸方向における距離ｄを、前記コアの端面と前記中心位置との前記軸方向における距離Ｄで割った値で示される比率Ｒが０．５以上となる位置に配置された、
コイル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

コイル及びコイルが発生する磁束の磁路を形成するコアを備えるコイル装置が知られている。例えば特許文献１に、この種のコイル装置の具体的構成が記載されている。

【0003】

特許文献１に記載のコイル装置は、一対のＥ型コアを備える。コイルの内側において、一対のＥ型コアの中脚部は、コイルの軸方向における中心位置で互いの突合せ面が突き合わされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平８－１７６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のコイル装置では、一対のＥ型コアの外脚部において互いの突合せ面が接着剤によって接合される一方、中脚部においては、互いの突合せ面が接合されず、単に突き合わされるだけである。例えばコイル装置の用途によっては、この構成では、Ｅ型コアの接合強度が足りないこともある。コイル装置によっては、接合強度を向上させるため、中脚部同士も接着剤で接合する必要がある。

【0006】

特許文献１に記載のコイル装置は、中脚部の突合せ部分が、コイル装置の最大の発熱源であるコイルに囲われており、且つ放熱部材（例えばケース）から距離が離れているため、中脚部の突合せ部分の周囲で最も高温になる。中脚部を接着剤で接合した場合、高温にさらされるこの接合部の温度が接着剤の耐熱温度を超えないようにコイル装置を設計しなければならない。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、接着剤を用いたコアの接合部での温度上昇を低減させることが可能なコイル装置を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態に係るコイル装置は、複数のコア部材を接着剤で接合したコアと、コアに巻き回されたコイルと、を備える。コアは、コイルの中心軸と交差する位置に、接着剤によるコア部材同士の接合部を有する。接合部は、中心軸の方向である軸方向におけるコイルの中心位置からずれた位置に配置される。

【0009】

また、本発明の一実施形態に係るコイル装置は、複数のコア部材を接合したコアと、コアに巻き回されたコイルと、を備える。コアは、コイルの中心軸と交差する位置に、コア部材同士の接合部を有する。接合部は、接合されるコア部材間に介在配置されるギャップ部材と、ギャップ部材を、接合されるコア部材間に接着固定する接着層と、を含み、中心軸の方向である軸方向におけるコイルの中心位置からずれた位置に配置される。

【0010】

このように、軸方向におけるコイルの中心位置からずれた位置に接合部を配置することにより、接合部での温度上昇が、当該中心位置にある場合と比べて低減する。

【0011】

本発明の一実施形態において、接合部はコイルの内側に配置されてもよい。

【0012】

接着剤によって形成された接合部３２は、コアの実効透磁率を調整するためのギャップとして作用する。この種のギャップがコイルの外側に配置される構成では、ギャップ付近で漏れ磁束が多く発生してしまう。上記の構成では、接合部をコイルの内側に配置することにより、漏れ磁束による損失が抑制される。

【0013】

本発明の一実施形態において、コアは、熱伝導率が例えば５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。コアを５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料（言い換えると冷め難い材料）で構成することにより、通電時における接合部での温度上昇を低減する効果がより一層得られる。

【0014】

本発明の一実施形態に係るコイル装置は、コア及びコイルを覆う放熱部を更に備える構成としてもよい。この放熱部は、熱伝導率が例えば２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。放熱部を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料（言い換えると冷め難い材料）で構成することにより、通電時における接合部での温度上昇を低減する効果がより一層得られる。

【0015】

本発明の一実施形態において、接合部は、距離ｄを距離Ｄで割った値で示される比率が０．５以上となる位置に配置されてもよい。なお、距離ｄは、接合部と中心位置との、軸方向の距離を示し、距離Ｄは、コアの端面と中心位置との、軸方向の距離を示す。このように、接合部を上記比率が０．５以上となる位置に配置することにより、通電時における接合部での温度上昇を低減する効果がより一層得られる。

【0016】

本発明の一実施形態において、コアは、一方向に長い基部と、基部の中央から基部と直交する方向に延び且つコイルが巻き回される中脚部と、基部の両端から中脚部と平行に延びる一対の外脚部と、を有する一対のＥ型コアを有し、一方のＥ型コアの中脚部の突合せ面と、他方のＥ型コアの中脚部の突合せ面と、が接合部を介して接合されており、一方のＥ型コアの中脚部が他方のＥ型コアの中脚部よりも長く形成されたことにより、接合部がコイルの中心位置からずれて位置する構成としてもよい。

【0017】

本発明の一実施形態に係るコイル装置は、複数のコア部材を接着剤で接合したコアと、コアに巻き回されたコイルと、を備える。コアは、コイルの中心軸と交差する位置に、接着剤によるコア部材同士の接合部を有する。接合部は、コイル及びコアによる発熱によってコイル装置の中で最も高温になる位置からずれた位置に配置される。

【0018】

このように、コイル装置の中で最も高温になる位置からずれた位置に接合部を配置することにより、接合部での温度上昇が、当該高温になる位置にある場合と比べて低減する。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一実施形態によれば、接着剤を用いたコアの接合部での温度上昇を低減させることが可能なコイル装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係るコイル装置の斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るコイル装置の分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るコイル装置の切断面図である。

【図4A】コアの中脚部の接合部の位置と温度との関係を示す表である。

【図4B】温度低減指標ΔＴ１と比率Ｒとの関係を示すグラフである。

【図5】本発明の変形例１に係るコイル装置が備えるコイル及びコアの概略構成を示す断面図である。

【図6A】中脚部の接合部の位置及びコアの熱伝導率ＴＣと接合部の温度との関係を示す表である。

【図6B】温度低減指標ΔＴ２と熱伝導率ＴＣとの関係を示すグラフである。

【図7A】中脚部の接合部の位置及び放熱部の熱伝導率ＴＨと接合部の温度との関係を示す表である。

【図7B】温度低減指標ΔＴ３と熱伝導率ＴＨとの関係を示すグラフである。

【図8】本発明の変形例２に係るコイル装置が備えるコイル及びコアの概略構成を示す断面図である。

【図9】本発明の変形例３に係るコイル装置が備えるコイル及びコアの概略構成を示す断面図である。

【図10】本発明の変形例４に係るコイル装置が備えるコイル及びコアの概略構成を示す断面図である。

【図11】本実施形態に係る中脚部間の接合部の変形例を示す概略構成図である。

【図12】本実施形態に係る外脚部間の接合部の変形例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する構成要素には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。

【0022】

図１、図２は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るコイル装置１の斜視図、分解斜視図である。コイル装置１は、例えば車載用のリアクトルである。なお、コイル装置１は、リアクトルに限定されず、例えば、インダクタ等の、コイル及びコアを有する別の装置であってもよい。コイル装置１はあくまで本発明の実施形態の一例にすぎず、本発明の実施形態の構成はこれに限定されることなく適宜変更が可能である。

【0023】

図１及び図２に示されるように、コイル装置１は、コイル１０及びコア２０を備える。なお、コイル１０の中心軸ＡＸ（言い換えると巻線の巻軸）方向（本実施形態では「軸方向」ともいう。）と平行な方向をＹ方向とし、Ｙ方向と直行し且つ互いに直交する２方向をＸ方向、Ｚ方向と記す。図３は、中心軸ＡＸを含むＹＺ面でコイル装置１を切断したときの切断面図である。

【0024】

コイル１０は、コア２０に巻き回されたものであり、具体的には、エナメル等で絶縁被覆された導線を螺旋状に巻いたものである。導線の線材としては、例えば銅やアルミ等が使用される。コイル１０は、丸線を用いたものであってもよく、エッジワイズコイル等の平角線を用いたものであってもよい。また、コイル１０は、例えば銅箔コイルや銅条コイル等、箔や条の形態の導体から形成してもよい。

【0025】

コア２０は、複数のコア部材であるＥ型コア２０Ａ及び２０Ｂを有する。Ｅ型コア２０Ａは、一方向（具体的にはＸ方向）に長い基部２１Ａと、基部２１Ａの中央から基部２１Ａと直交する方向（Ｙ方向）に延びる中脚部２２Ａと、基部２１Ａの両端から中脚部２２Ａと平行に延びる一対の外脚部２３Ａと、が一体に形成されたものである。Ｅ型コア２０Ｂは、Ｘ方向に長い基部２１Ｂと、基部２１Ｂの中央から基部２１Ｂと直交する方向に延びる中脚部２２Ｂと、基部２１Ｂの両端から中脚部２２Ｂと平行に延びる一対の外脚部２３Ｂと、が一体に形成されたものである。Ｅ型コア２０Ａと２０Ｂは、中脚部２２Ａと２２Ｂの長さ（Ｙ方向の長さ）が異なる点以外は同じ寸法及び形状を有する。

【0026】

Ｅ型コア２０Ａ及び２０Ｂは、例えば圧粉磁心である。Ｅ型コア２０Ａ及び２０Ｂは、フェライトコアでもよく、また、ケイ素鋼板等の電磁鋼板を積層して形成した積層コアでもよい。また、Ｅ型コア２０Ａ及び２０Ｂは、複数種類の磁心を組み合わせて形成されてもよい。

【0027】

コア２０は、コイル１０の内側１０Ａにおいて中脚部２２Ａの突合せ面２２ａと中脚部２２Ｂの突合せ面２２ｂとが突き合わされるとともに、コイル１０の外側の両脇において外脚部２３Ａの突合せ面２３ａと外脚部２３Ｂの突合せ面２３ｂとが突き合わされることにより、コイル１０が発生する磁束の磁路（より詳細には閉磁路）を構成する。

【0028】

突き合わされた各脚部の突合せ面は、接着剤によって接合される。突合せ面２２ａと突合せ面２２ｂとの接合部を「接合部３２」と記し、突合せ面２３ａと突合せ面２３ｂとの接合部を「接合部３３」と記す。補足すると、接合部３２は、コイル１０の内側１０Ａに配置され、中心軸ＡＸと交差する位置の接合部である。接合部３３は、コイル１０の外側に位置し、コイル１０の中心位置を通り且つ中心軸ＡＸと直交する線Ｌを含むＸＺ面に配置された接合部である。

【0029】

図１に示されるように、コイル装置１は、箱型のケース４０に収容される。コイル装置１が収容されたケース４０内の隙間には、電気絶縁性及び熱伝導性が比較的に優れた充填材が充填される。この隙間に充填された充填材が固化することにより、ケース４０内に放熱部５０が形成される。コイル装置１で発生した熱は、放熱部５０を介してケース４０に伝わる。すなわち、コイル１０、Ｅ型コア２０Ａ及び２０Ｂは放熱部５０によって覆われて、その熱が放熱部５０を介してケース４０に伝わる。なお、図１及び図２では、便宜上、一部の構成要素（接合部３２、放熱部５０等）の図示を省略している。

【0030】

放熱部５０は、例えばエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂で構成される。なお、放熱部５０に代えて、放熱性シートをコイル１０やＥ型コア２０Ａ、２０Ｂに密着させることにより、コイル装置１の放熱性を向上させてもよい。

【0031】

通電時におけるコイル１０及びコア２０の損失によりコイル装置１が発熱する。コイル１０の線径が細くなるほど抵抗が増加して損失が増加し、また、コア２０を小型にするほど磁束密度が増加して鉄損が増加する。そのため、コイル装置１は小型化するほど発熱時の温度上昇が大きくなる。

【0032】

通電時、コイル装置１の中でケース４０や放熱部５０に近い部分では比較的温度が上昇し難い一方、ケース４０や放熱部５０から遠い部分では、熱が逃げにくいため温度が上昇しやすい。本実施形態に係るコイル装置１では、コア２０内の位置Ｐ（図３参照）が最も高温になる。この位置Ｐは、中心軸ＡＸ方向におけるコイル１０の中心位置であり、コイル１０の内側１０Ａに位置する。

【0033】

位置Ｐは、コイル装置１の最大の発熱源であるコイル１０に囲われており、且つコア２０のコイル１０に囲われた部分の中でもケース４０や放熱部５０との距離が最も遠い。なお、上記の距離は、ケース４０や放熱部５０との直線距離でなく放熱経路の長さである。位置Ｐの熱は、主に、コイル１０の両端の開口を通じてコイル１０の外側に伝わった後に、放熱部５０を介してケース４０に伝わる。このように、位置Ｐの熱は、ケース４０や放熱部５０に直に伝わらず、上記の如き長い経路を経て放射される。

【0034】

このように、位置Ｐは、コイル１０に囲われていることと、ケース４０や放熱部５０との距離が遠いこととが相俟って、コイル装置１内で最も高温になる。

【0035】

本実施形態に係るコイル装置１は、接合部３２が中心軸ＡＸ方向におけるコイル１０の中心位置である位置Ｐからずれた位置に配置されるように構成される。言い換えると、コイル装置１は、接合部３２がコイル１０及びコア２０による発熱によってコイル装置１の中で最も高温になる位置からずれた位置に配置されるように構成される。

【0036】

中心軸ＡＸ方向におけるコイル１０の中心位置である位置Ｐは、コイル装置１の中で最も高温になる、典型的な位置である。実際の使用状態（例えばコイル装置１を冷却する冷却板がコイル装置１のどの箇所に取り付けられているか等）によっては、コイル装置１の中で最も高温になる位置が位置Ｐ以外の位置になることもある。実際の使用状態を考慮して接合部３２を配置した構成（すなわち、実際の使用時においてコイル装置１の中で最も高温になる位置からずれた位置に接合部３２を配置した構成）も本発明の範疇である。

【0037】

一対のＥ型コアよりなる一般的なＥＥコアは、同一形状及び同一寸法のＥ型コアを突き合せた構成となっている。これに対し、本実施形態に係るコイル装置１では、Ｅ型コア２０Ａの中脚部２２Ａの長さがＥ型コア２０Ｂの中脚部２２Ｂの長さよりも長く形成されたことにより、接合部３２が位置Ｐからずれて位置したものとなっている。すなわち、本実施形態では、同一形状及び同一寸法であることが一般的であった一対のＥ型コアの形状を異ならせたものとすることにより、接合部３２を位置Ｐからずれた位置に配置している。

【0038】

本実施形態によれば、接合部３２をコイル装置１内で最も高温になる位置Ｐからずれた位置に配置したことにより、位置Ｐよりも温度の低い接合部３２が配置された位置の温度が接着剤の耐熱温度を超えないようにコイル装置１を設計すればよい。言い換えると、接合部３２を位置Ｐからずれた位置に配置したことにより、通電時における接合部３２での温度上昇が低減するとともに、接合部３２が位置Ｐにないことにより、位置Ｐで許容される温度が上がる。そのため、コイル装置１を小型に設計しやすくなっている。

【0039】

接合部３２は、接着剤によって形成されており、コア２０の実効透磁率を調整するためのギャップとして作用する。この種のギャップがコイル１０の外側に配置される構成では、ギャップ付近で漏れ磁束が多く発生してしまう。本実施形態では、このような漏れ磁束による損失を抑制するため、接合部３２がコイル１０の内側１０Ａに配置される。

【0040】

外脚部２３Ａの突合せ面２３ａと外脚部２３Ｂの突合せ面２３ｂとを突き合せて両者を接着剤で接合する都合上、外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂの一方の長さを短く形成すると、外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂの他方の長さを長く形成することとなる。一般に、コアをプレス成形するために必要な力はコアの面積に比例する。外脚部２３Ａや２３Ｂが長尺な形状であるほど、外脚部の面積の増加に伴い、プレス成形するために必要な力が増加するため、プレス金型が受ける負荷（金型に発生する応力）が大きくなってしまう。そのため、本実施形態では、外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂの両方が長尺形状になりすぎないように、外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂの長さ（Ｙ方向の長さ）が同じに揃えられている。外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂの長さが同じに揃えられた結果、接合部３３は、中心軸ＡＸ方向におけるコイル１０の中心位置を通り且つ中心軸ＡＸと直交する線Ｌを含むＸＺ面に配置されている。

【0041】

次に、コイル装置１の数値実施例と比較例のコイル装置を説明する。比較例のコイル装置は、コアが同一形状の一対のＥ型コアを突き合せて各突合せ面を接着剤で接合したＥＥコアである点を除き、コイル装置１と同じ構成を有する。

【0042】

数値実施例のコイル装置１と比較例のコイル装置は、次の事項が共通する。
・コアの熱伝導率 ：１０Ｗ／ｍ・Ｋ
・コアの体積 ：１４７．６ｃｍ^３
・中脚部の断面積 ：９００ｍｍ^２（３０ｍｍ（Ｘ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・外脚部の断面積 ：４５０ｍｍ^２（１５ｍｍ（Ｘ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・基部の断面積 ：４５０ｍｍ^２（１５ｍｍ（Ｙ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・コイルの全長 ：３６ｍｍ
・コイルの体積 ：３５．８ｃｍ^３
・コイルの巻線の巻き数：１７ターン
・ケースの熱伝導率 ：９６Ｗ／ｍ・Ｋ
・放熱部の熱伝導率 ：３Ｗ／ｍ・Ｋ
・電圧 ：１００Ｖと２６０Ｖ間で昇降圧
・周波数 ：２０ｋＨｚ
・コアの鉄損 ：４０Ｗ
・コイルの銅損 ：５０Ｗ

【0043】

図４Ａは、接合部３２（及び比較例のコアの中脚部同士の接合部）の位置と温度との関係を示す表である。図４Ａ中、「距離ｄ」は、位置Ｐと接合部３２との、中心軸ＡＸ方向の距離（単位：ｍｍ）を示す。コア２０の端面（より詳細には、Ｅ型コア２０Ｂの端面２４Ｂ）と位置Ｐとの、中心軸ＡＸ方向の距離Ｄは３５ｍｍである。「比率Ｒ」は、距離ｄを距離Ｄで割った値であり、０～１の値を取る。「上昇温度ΔＴ」は、通電時における接合部３２周囲のコア２０の上昇温度（単位：℃）を位置毎に示したものである。「温度低減指標ΔＴ１」は、位置Ｐでのコアの上昇温度（＝２５．２℃）を１００％とするものであり、１００×（上昇温度ΔＴ／２５．２℃）で示される。温度低減指標ΔＴ１の単位は％である。

【0044】

比較例に係るコアは、同一形状の一対のＥ型コアを突き合せた構成であることから、中脚部同士の接合部（すなわち接合部３２に相当する接合部）は、距離ｄが０ｍｍとなる位置に配置される。これに対し、本実施例では、接合部３２は、距離ｄが１７．５ｍｍとなる位置に配置される。なお、コイル１０の端面１０Ｂは、距離ｄが１８ｍｍ（すなわちコイル１０の全長の半分）となる位置に配置される。このことから、接合部３２がコイル１０の内側１０Ａに配置されていることが判る。

【0045】

図４Ａに示されるように、比較例のコアの中脚部同士の接合部の位置（すなわち、距離ｄが０ｍｍとなる位置）では上昇温度が２５．２℃であるのに対し、接合部３２の位置（すなわち、距離ｄが１７．５ｍｍとなる位置）では上昇温度が２２．０℃である。このように、本実施例では、比較例と比べて、通電時における中脚部同士の接合部周囲のコアの温度上昇が低減し、接合部の温度上昇も低減する。

【0046】

図４Ｂは、図４Ａの温度低減指標ΔＴ１を縦軸とし、図４Ａの比率Ｒを横軸としたグラフである。図４Ｂに示されるよう、比率Ｒが０．５以上（言い換えると、距離ｄが１７．５ｍｍ以上）になると、温度低減指標ΔＴ１が９０％を下回っており、また、比率Ｒに対する温度低減指標ΔＴ１の低下率が急激に高くなっている。すなわち、比率が０．５以上となる位置に接合部３２を配置することにより、通電時における接合部３２での温度上昇を低減する効果がより一層得られることが判る。

【0047】

上述したように、コイル装置は小型化するほど発熱時の温度上昇が大きくなる。ここで、比較例のコアの中脚部同士の接合部周囲の上昇温度（＝２５．２℃）が許容値である点に鑑みると、本実施例のコイル装置１において、接合部３２周囲のコアの上昇温度が２２．０℃から２５℃付近に増加したとしても実質的に差し支えないものと考えられる。この観点から、コイル装置１は、比較例のコイル装置よりも小型に設計することができる。

【0048】

下記は、小型に設計されたコイル装置１の数値データを示す。
・コアの熱伝導率 ：１０Ｗ／ｍ・Ｋ
・コアの体積 ：１１５．５ｃｍ^３
・中脚部の断面積 ：７５０ｍｍ^２（２５ｍｍ（Ｘ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・外脚部の断面積 ：３７５ｍｍ^２（１２．５ｍｍ（Ｘ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・基部の断面積 ：３７５ｍｍ^２（１２．５ｍｍ（Ｙ方向）×３０ｍｍ（Ｚ方向））
・コイルの全長 ：３６ｍｍ
・コイルの体積 ：３３．５ｃｍ^３
・コイルの巻線の巻き数：１７ターン
・ケースの熱伝導率 ：９６Ｗ／ｍ・Ｋ
・放熱部の熱伝導率 ：３Ｗ／ｍ・Ｋ
・電圧 ：１００Ｖと２６０Ｖ間で昇降圧
・周波数 ：２０ｋＨｚ
・コアの鉄損 ：４５Ｗ
・コイルの銅損 ：４７Ｗ

【0049】

小型に設計されたコイル装置１では、小型化による副作用として位置Ｐ（距離ｄが０ｍｍとなる位置）でのコアの上昇温度が２９．０℃に増加するものの、接合部３２周囲の（距離ｄが１７．５ｍｍとなる位置での）コアの上昇温度は２５．０℃、すなわち許容値に収まる。このコイル装置１では、比較例のコイル装置に対し、コアの体積が２０％以ダウンしている。更には、コイルの体積もダウンしている。すなわち、接合部３２が位置Ｐにないことによって位置Ｐで許容される温度が上がるため、コイル装置１の小型化が達成されている。

【0050】

図５は、本発明の変形例１に係るコイル装置が備えるコイル１０及びコア２０１の構成を示す模式図である。図５をはじめとする以降の各変形例のコイル及びコアの模式図は、中心軸ＡＸを含むＸＹ面でコイル及びコアを切断したときの切断面図となっている。

【0051】

図５に示されるように、変形例１に係るコア２０１は、略Ｅ字のコア２０１Ａ及び略Ｕ字のコア２０１Ｂを有する。

【0052】

コア２０１Ａは、中脚部２２１Ａを有する。中脚部２２１Ａは、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ａの中脚部２２ＡよりもＹ方向に長く形成されており、その突合せ面２２１ａがコイル１０の外側に突出する。コア２０１Ａは、中脚部２２１ＡのＹ方向の長さが中脚部２２Ａと異なる点以外、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ａと同じ寸法及び形状を有する。

【0053】

コア２０１Ｂは、基部２１１Ｂを有する。基部２１１Ｂの中央部には、Ｙ方向に凹む凹部２１１ｂが形成される。コア２０１Ｂは、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ｂから中脚部２２Ｂを無くすとともに基部２１１Ｂに凹部２１１ｂが形成された点以外、Ｅ型コア２０Ｂと同じ寸法及び形状を有する。

【0054】

変形例１では、基部２１１Ｂの凹部２１１ｂに中脚部２２１Ａの先端部が挿入され、挿入された中脚部２２１Ａの先端部が接着剤によって凹部２１１ｂ内に接合される。中脚部２２１Ａの突合せ面２２１ａと凹部２１１ｂとの接合部を「接合部３２１」と記す。

【0055】

変形例１では、中脚部２２Ａの突合せ面２２１ａがコイル１０の外側に突出して位置するため、接合部３２１もコイル１０の外側に配置されることとなる。

【0056】

図６Ａ及び図７Ａに、接合部３２の温度のシミュレーション結果を示す。図６Ａは、接合部３２の位置及びコアの熱伝導率ＴＣ（単位：Ｗ／ｍ・Ｋ）と接合部３２周囲のコアの上昇温度との関係を示す表である。図７Ａは、接合部３２の位置及び放熱部５０の熱伝導率ＴＨ（単位：Ｗ／ｍ・Ｋ）と接合部３２周囲のコアの上昇温度との関係を示す表である。図６Ａ及び図７Ａでは、上記実施形態に係るコイル装置１（図１～図３参照）と、変形例１に係るコイル装置（図５参照）のそれぞれについて上記の各関係を示す。なお、これらのコイル装置の数値条件は、熱伝導率ＴＣ及びＴＨを除き、図４Ａの数値条件と同じものである。また、変形例１において、接合部３２１は、距離ｄが２８．０ｍｍ（比率Ｒが０．８）となる位置に配置される。また、図６Ａでは、７つの水準の熱伝導率ＴＣ（具体的には、５Ｗ／ｍ・Ｋ、１０Ｗ／ｍ・Ｋ、２０Ｗ／ｍ・Ｋ、５０Ｗ／ｍ・Ｋ、１００Ｗ／ｍ・Ｋ、２００Ｗ／ｍ・Ｋ、４００Ｗ／ｍ・Ｋ）について計算された上昇温度が示されている。なお、図６Ａに結果が示されるシミュレーションにおいて、熱伝導率ＴＨは一定の値（３Ｗ／ｍ・Ｋ）に設定されている。また、図７Ａでは、７つの水準の熱伝導率ＴＨ（具体的には、１Ｗ／ｍ・Ｋ、３Ｗ／ｍ・Ｋ、８．５Ｗ／ｍ・Ｋ、２０Ｗ／ｍ・Ｋ、５０Ｗ／ｍ・Ｋ、１００Ｗ／ｍ・Ｋ、３００Ｗ／ｍ・Ｋ）について計算された上昇温度が示されている。なお、図７Ａに結果が示されるシミュレーションにおいて、熱伝導率ＴＣは一定の値（１０Ｗ／ｍ・Ｋ）に設定されている。

【0057】

図６Ｂは、図６Ａにおける温度低減指標ΔＴ２を縦軸とし、図６Ａの熱伝導率ＴＣを横軸としたグラフである。図７Ｂは、図７Ａにおける温度低減指標ΔＴ３を縦軸とし、図７Ａの熱伝導率ＴＨを横軸としたグラフである。なお、「温度低減指標ΔＴ２」は、位置Ｐでのコアの上昇温度（但し、この温度（単位：℃）は熱伝導率ＴＣ毎に変わる）を１００％とするものであり、ΔＴ２＝１００×（上昇温度ΔＴ／位置Ｐでの上昇温度）で示される。また、「温度低減指標ΔＴ３」は、位置Ｐでのコアの上昇温度（但し、この温度（単位：℃）は熱伝導率ＴＨ毎に変わる）を１００％とするものであり、ΔＴ３＝１００×（上昇温度ΔＴ／位置Ｐでの上昇温度）で示される。温度低減指標ΔＴ２及びΔＴ３の単位は％である。例えば、熱伝導率ＴＣが５０Ｗ／ｍ・Ｋで距離ｄが１７．５ｍｍの場合、温度低減指標ΔＴ２は、１６．３℃／１７．６℃≒９３％となる。また、熱伝導率ＴＨが２０Ｗ／ｍ・Ｋで距離ｄが１７．５ｍｍの場合、温度低減指標ΔＴ３は、１５．０℃／１６．４℃≒９１％となる。

【0058】

図６Ｂ中、実線は、上記実施形態に係るコイル装置１（図１～図３参照）の温度低減指標ΔＴ２を示し、破線は、変形例１に係るコイル装置（図５参照）の温度低減指標ΔＴ２を示す。図７Ｂ中、実線は、上記実施形態に係るコイル装置１の温度低減指標ΔＴ３を示し、破線は、変形例１に係るコイル装置の温度低減指標ΔＴ３を示す。

【0059】

図６Ｂに示されるよう、熱伝導率ＴＣが５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下になると、上記実施形態に係るコイル装置１と、変形例１に係るコイル装置の何れにおいても、熱伝導率ＴＣに対する温度低減指標ΔＴ２の低下率が急激に高くなっている。すなわち、熱伝導率ＴＣが５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料（言い換えると冷め難い材料）でコアが構成される場合、通電時における接合部３２での温度上昇を低減する効果がより一層得られることが判る。

【0060】

図７Ｂに示されるよう、熱伝導率ＴＨが２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下になると、上記実施形態に係るコイル装置１と、変形例１に係るコイル装置の何れにおいても、熱伝導率ＴＨに対する温度低減指標ΔＴ３の低下率が急激に高くなっている。すなわち、熱伝導率ＴＨが２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料（言い換えると冷め難い材料）で放熱部５０が構成される場合、通電時における接合部３２での温度上昇を低減する効果がより一層得られることが判る。

【0061】

図８は、本発明の変形例２に係るコイル装置が備えるコイル１０及びコア２０２の構成を示す模式図である。図８に示されるように、変形例２に係るコア２０２は、コア２０２Ａ及びコア２０２Ｂを有する。

【0062】

コア２０２Ａは、一対の外脚部２３２Ａを有する。外脚部２３２Ａは、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ａの外脚部２３ＡよりもＹ方向に短く形成される。コア２０２Ａは、外脚部２３２ＡのＹ方向の長さが外脚部２３Ａと異なる点以外、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ａと同じ寸法及び形状を有する。

【0063】

コア２０２Ｂは、一対の外脚部２３２Ｂを有する。外脚部２３２Ｂは、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ｂの外脚部２３ＢよりもＹ方向に長く形成される。コア２０２Ｂは、外脚部２３２ＢのＹ方向の長さが外脚部２３Ｂと異なる点以外、上記実施形態に係るＥ型コア２０Ｂと同じ寸法及び形状を有する。

【0064】

一般に、コアの体積が大きいほど、コアの成形に必要なプレス金型が大型化する。そこで、変形例３では、長い中脚部を持つコア２０２Ａの外脚部２３２Ａを短く形成するとともに短い中脚部を持つコア２０２Ｂの外脚部２３２Ｂを長く形成することにより、コア２０２Ａとコア２０２Ｂとの体積差を小さく抑えている。外脚部２３２Ａと外脚部２３２Ｂの両方の体積が大きくなりすぎないため、プレス金型の大型化が抑えられる。

【0065】

接着剤によるコア２０２Ａの中脚部とコア２０２Ｂの中脚部との接合部を「接合部３２２」と記す。変形例２においても、接合部３２２をコイル装置内で最も高温になる位置Ｐからずれた位置に配置したことにより、位置Ｐよりも温度の低い接合部３２２が配置された位置の温度が接着剤の耐熱温度を超えないようにコイル装置を設計すればよい。そのため、コイル装置を小型に設計しやすくなっている。

【0066】

図９は、本発明の変形例３に係るコイル装置が備えるコイル１０及びコア２０３の構成を示す模式図である。図９に示されるように、変形例３に係るコア２０３は、略Ｕ字のコア２０３Ａ及び２０３Ｂを有する。

【0067】

変形例３に係るコイル装置では、最も高温になる箇所が２箇所（図９に示される２つの位置Ｐ’）ある。位置Ｐ’は、コイル１０の中心軸ＡＸ’方向におけるコイル１０の中心位置であり、コイル１０の内側１０Ａに位置する。位置Ｐ’は、上記実施形態に係るコイル装置１（図１～図３参照）の位置Ｐと同様の理由により、コイル装置の中で最も高温になる。

【0068】

変形例３では、コア２０３Ａの各脚部２１３Ａの長さがコア２０３Ｂの各脚部２１３Ｂの長さよりも長い。これにより、接着材による脚部２１３Ａと脚部２１３Ｂとの接合部３２３が位置Ｐ’からずれた位置に配置されたものとなっている。そのため、変形例３においても、コイル装置を小型に設計しやすくなっている。

【0069】

図１０は、本発明の変形例４に係るコイル装置が備えるコイル１０及びコア２０４の構成を示す模式図である。図１０に示されるように、変形例４に係るコア２０４は、一対の略Ｊ字のコア２０４Ａを有する。

【0070】

変形例４に係るコイル装置においても変形例３に係るコイル装置と同様に、２箇所の位置Ｐ’が最も高温になる。

【0071】

コア２０４Ａは、Ｙ方向に長い長脚部２１４Ａと、長脚部２１４Ａよりも短い短脚部２２４Ａを有する。変形例４では、一対のコア２０４Ａの一方の長脚部２１４Ａと他方の短脚部２２４Ａとが接着剤によって接合されるとともに、上記一方の短脚部２２４Ａと上記他方の長脚部２１４Ａとが接着剤によって接合される。前者の接合部を「接合部３２４」と記し、後者の接合部を「接合部３３４」と記す。

【0072】

変形例４では、長脚部２１４Ａの長さが短脚部２２４Ａの長さよりも長いことにより、接合部３２４及び接合部３３４が位置Ｐからずれて位置したものとなっている。そのため、変形例４においても、コイル装置を小型に設計しやすくなっている。

【0073】

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。例えば明細書中に記載された一つ以上の実施形態の技術構成の少なくとも一部と周知の技術構成とを適宜組み合わせたものも本発明の実施形態に含まれる。

【0074】

図１１は、本実施形態に係る接合部３２の変形例を示す概略構成図である。本実施形態において、接合部３２は、接着剤による接着層であるが、図１１に示される変形例では、中脚部２２Ａと中脚部２２Ｂ間にギャップ部材（板状のスペーサ）３２ａを介在させて接着固定した構成に置き換えてもよい。すなわち、接合部３２は、接合されるコア部材間に介在配置されるギャップ部材と、ギャップ部材を、接合されるコア部材間に接着固定する接着層とを含むものであり、具体的には、中脚部２２Ａとギャップ部材３２ａとを接合する接着層３２ｂと、ギャップ部材３２ａと、ギャップ部材３２ａと中脚部２２Ｂとを接合する接着層３２ｂ、の３層で構成されてもよい。

【0075】

図１２は、本実施形態に係る接合部３３の変形例を示す概略構成図である。本実施形態において、接合部３３は、接着剤による接着層であるが、図１２に示される変形例では、外脚部２３Ａと外脚部２３Ｂ間にギャップ部材（板状スペーサ）３３ａを介在させて接着固定した構成に置き換えてもよい。すなわち、接合部３３も、接合されるコア部材間に介在配置されるギャップ部材と、ギャップ部材を、接合されるコア部材間に接着固定する接着層とを含むものであり、具体的には、外脚部２３Ａとギャップ部材３３ａとを接合する接着層３３ｂと、ギャップ部材３３ａと、ギャップ部材３３ａと外脚部２３Ｂとを接合する接着層３３ｂ、の３層で構成されてもよい。

【0076】

なお、ギャップ部材は、中脚部間にだけ又は外脚部間にだけ介在配置されてもよく、また、中脚部間及び外脚部間に介在配置されてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ コイル装置
１０ コイル
２０ コア
２０Ａ，２０Ｂ Ｅ型コア
２１Ａ，２１Ｂ 基部
２２Ａ，２２Ｂ 中脚部
２３Ａ，２３Ｂ 外脚部
３０ 接合部
４０ ケース
５０ 放熱部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】