WO2018056048A1

WO2018056048A1 - コイル、リアクトル、及びコイルの設計方法

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Publication number: WO2018056048A1
Application number: PCT/JP2017/031941
Authority: WO
Inventors: 和宏稲葉
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2019-03-21
Also published as: US20190214186A1; JP2018049957A; CN109791833A; JP6555643B2; CN109791833B

Abstract

第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備え、前記第一巻線の断面積が前記第二巻線の断面積よりも大きく、前記第一巻回部のターン数が前記第二巻回部のターン数よりも少ないコイル。

Description

コイル、リアクトル、及びコイルの設計方法

　本発明は、コイル、リアクトル、及びコイルの設計方法に関する。
　本出願は、２０１６年９月２１日付の日本国出願の特願２０１６－１８４８３２に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

　電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。例えば、特許文献１のリアクトルは、一対のコイル素子（巻回部）を有するコイルと、コイルに組み合わされる環状の磁性コアとを備える。各コイル素子は、互いに同一の巻き数で形成され、各軸方向が平行するように横並びに並列されている（明細書００２０，図１）。

特開２０１４－１４６６５６号公報

　本開示に係るコイルは、
　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、
　前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備え、
　前記第一巻線の断面積が前記第二巻線の断面積よりも大きく、
　前記第一巻回部のターン数が前記第二巻回部のターン数よりも少ない。

　本開示に係るリアクトルは、
　コイルと、前記コイルが配置される磁性コアとを備えるリアクトルであって、
　前記コイルは、上記本開示に係るコイルである。

　本開示に係るコイルの設計方法は、
　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備えるコイルの合計ターン数を一定にしつつ、各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を互いに異ならせて、所定の通電条件のときの各巻回部の最高温度を求める温度取得過程と、
　両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度のときの各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択する選択過程とを備える。

実施形態１に係るリアクトルの概略を示す全体斜視図である。実施形態１に係るリアクトルの概略を示す上面図である。試験例１の連続通電条件下における各巻回部の最高温度を示すグラフである。試験例１の過渡電流通電条件下における各巻回部の最高温度を示すグラフである。

　［本開示が解決しようとする課題］
　リアクトルの設置の制約などから、一対の巻回部の発熱特性に更なる改善の余地があった。

　そこで、一対の巻回部が特定の発熱特性の関係を満たすコイルを提供することを目的の一つとする。

　また、上記コイルを備えるリアクトルを提供することを目的の一つとする。

　さらに、上記コイルを設計するコイルの設計方法を提供することを目的の一つとする。

　［本開示の効果］
　本開示のコイルは、一対の巻回部が特定の発熱特性の関係を満たす。

　本開示のリアクトルは、低損失である。

　本開示のコイルの設計方法は、一対の巻回部が特定の発熱特性の関係を満たすコイルを設計できる。

　《本発明の実施形態の説明》
　従来のコイルに備わる一対の巻回部は、その巻線が互いに同一断面積でターン数が互いに同じであるため、冷却性能に偏りが実質的にない冷却部材で冷却すると均一に冷却される。しかし、リアクトルの配置の制約などから、一方の巻回部が他方の巻回部に比べて冷却され難いといった冷却性能に偏りがある冷却部材（例えば、冷却ベースなど）でリアクトルが冷却される虞がある。そうすると、一方の巻回部が他方の巻回部に比べて高温になり、リアクトルの損失が大きくなる。

　本発明者は、冷却性能に偏りがある冷却部材で冷却される場合に、一対の巻回部を均等に冷却させるには、一方の巻回部が他方の巻回部に比べて発熱し難いという特定の発熱特性の関係を満たせばよいのではないかと考え、両巻回部の発熱特性を互いに異ならせることを鋭意検討した。その結果、各巻回部を構成する各巻線の断面積と各巻回部のターン数とを互いに異ならせることで、両巻回部の発熱特性を互いに異ならせることができるとの知見を得た。そうすれば、発熱特性の大きい巻回部を冷却性能の高い側に、発熱特性の小さい巻回部を冷却性能の低い側に配置することで、一対の巻回部を均等に冷却できる。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

　（１）本発明の一形態に係るコイルは、
　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、
　前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備え、
　前記第一巻線の断面積が前記第二巻線の断面積よりも大きく、
　前記第一巻回部のターン数が前記第二巻回部のターン数よりも少ない。

　上記の構成によれば、第一巻回部と第二巻回部とを比較して、第一巻回部が発熱し難く、第二巻回部が発熱し易いという特定の発熱特性に関係を満たす。そのため、冷却性能に偏りのある冷却部材により冷却されるリアクトルに好適に利用できる。第一巻回部を冷却部材の冷却性能の低い側に配置し、第二巻回部を冷却部材の冷却性能の高い側に配置することで、第一巻回部と第二巻回部とを均等に冷却できて、コイルの最高温度を低減できるからである。このようにコイルの最高温度を低減できるため、低損失なリアクトルを構築できる。

　（２）上記コイルの一形態として、前記第一巻回部の軸方向の長さと前記第二巻回部の軸方向の長さとの差が、前記第一巻回部の軸方向の長さの５％以下であることが挙げられる。

　上記の構成によれば、第一巻回部と第二巻回部の軸方向の長さの差が小さいため、第一巻回部及び第二巻回部の軸方向の長さと、磁性コアのうち、第一巻回部及び第二巻回部が配置される一対の内側コア部の長さとを実質的に同一とすれば、デッドスペースの少ないリアクトルを構築し易い。

　（３）上記コイルの一形態として、前記第一巻回部と前記第二巻回部のターン数の差が１０以下であることが挙げられる。

　上記の構成によれば、第一巻回部と第二巻回部のターン数の差が小さいため、第一巻線の断面積が第二巻線の断面積に比べて過度に大きくなり過ぎず、第一巻回部のターン数が第二巻回部のターン数に比べて過度に少なくなり過ぎないので第一巻回部と第二巻回部の巻き易さにばらつきが生じ難い。

　（４）上記コイルの一形態として、前記第一巻線及び第二巻線の導体線が平角線であり、前記第一巻線と前記第二巻線の幅が同じで、前記第一巻線と前記第二巻線の厚みが互いに異なることが挙げられる。

　上記の構成によれば、導体線が平角線であり、各巻線の幅が同じであることで、このコイルを一対の内側コア部と組み合わせた際、第一巻回部と第二巻回部の幅や高さのばらつきの少ないリアクトルを構築できる。

　（５）本発明の一形態に係るリアクトルは、
　コイルと、前記コイルが配置される磁性コアとを備えるリアクトルであって、
　前記コイルは、上記（１）から上記（４）のいずれか１つに記載のコイルである。

　上記の構成によれば、損失を低減できる。発熱し難い第一巻回部と発熱し易い第二巻回部とを有するコイルを備えることで、このコイルを冷却する冷却部材の冷却性能に偏りがある場合でも、第一巻回部を冷却性能の低い側に配置し、第二巻回部を冷却性能の高い側に配置することで、第一巻回部と第二巻回部とを均一に冷却できてコイルの最高温度を低減できるからである。また、コイルの最高温度を低減できるため、コイルの周辺部材の材質の選択肢を広げられる。

　（６）本発明の一形態に係るコイルの設計方法は、
　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備えるコイルの合計ターン数を一定にしつつ、各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を互いに異ならせて、所定の通電条件のときの各巻回部の最高温度を求める温度取得過程と、
　両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度のときの各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択する選択過程とを備える。

　上記の構成によれば、第一巻回部と第二巻回部とが特定の発熱特性の関係を満たすコイルを設計できる。

　《本発明の実施形態の詳細》
　本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。実施形態での説明は、コイル、コイルの設計方法、リアクトルの順に行う。

　《実施形態１》
　〔コイル〕
　図１，図２を参照して、実施形態１に係るコイルＣを説明する。コイルＣは、一対の巻回部２１，２２を備える。このコイルＣは、代表的にはリアクトル１（後述）に備わる磁性コア３（内側コア部３１）の外周に配置されるコイル２を構成する（図１）。このコイルＣの特徴の一つは、各巻回部２１，２２の各巻線２１ｗ，２２ｗの断面積が互いに異なると共に、各巻回部２１，２２のターン数が互いに異なる点にある。ここでは、コイル２を磁性コア３に組み付けてリアクトル１を構築し、リアクトル１を設置対象に設置した際の設置対象側を下、設置対象の反対側を上として説明する。図１，図２では、説明の便宜上、両巻線２１ｗ，２２ｗの厚さを誇張して示している。

　　［第一巻回部・第二巻回部］
　第一巻回部２１は、第一巻線２１ｗを螺旋状に巻回してなる中空の筒状体であり、第二巻回部２２は、第二巻線２２ｗを螺旋状に巻回してなる中空の筒状体であり、第一巻回部２１と第二巻回部２２とは、電気的に接続されている。両巻回部２１，２２の配置は、各軸方向が平行するように横並び（並列）した状態としている。各巻回部２１，２２の端面形状は、適宜選択でき、ここでは矩形枠の角部を丸めた形状としている。第一巻線２１ｗ及び第二巻線２２ｗは、導体線の外周にエナメル（代表的にはポリアミドイミド）などの絶縁被覆を備える被覆線を利用できる。導体線は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線が挙げられる。ここでは、両巻線２１ｗ，２２ｗに被覆平角線を用い、各巻回部２１，２２は被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルとしている。

　　　（ターン数）
　各巻回部２１，２２のターン数は、「（第一巻回部２１のターン数）＜（第二巻回部２２のターン数）」の関係を満たす範囲で、所望のインダクタンスに応じて適宜選択できる。第一巻回部２１のターン数が第二巻回部２２のターン数よりも少ないことで、第一巻線２１ｗの長さを第二巻線２２ｗの長さよりも短くできる。そのため、両巻回部２１，２２の合計ターン数が一定のとき、第一巻線２１ｗの電気抵抗を第二巻線２２ｗの電気抵抗よりも小さくできて、第一巻線２１ｗ（第一巻回部２１）の発熱を抑制し易い。従って、コイルＣを冷却する冷却部材（図示略）の冷却性能の高い側に第一巻回部２１よりも発熱し易い第二巻回部２２を配置すれば、コイルＣの損失を低減し易い。即ち、このコイルＣは、損失の少ないリアクトル１を構築し易い。両巻回部２１，２２の合計ターン数は、求められるインダクタンスに応じて適宜選択する。第一巻回部２１と第二巻回部２２のターン数の差は、後述するコイルの設計方法により決定できる。この第一巻回部２１と第二巻回部２２のターン数の差は、コイルＣへの通電条件や、コイルＣを冷却する冷却部材の各巻回部２１，２２に対する冷却性能の差にもよるが、例えば、１０以下にできる。このターン数の差は、２以上にできる。

　　　（長さ）
　各巻回部２１，２２の軸方向の長さ（以下、単に軸長という）Ｌ１，Ｌ２は、所望のインダクタンスに応じて適宜選択できる。第一巻回部２１の軸長Ｌ１と第二巻回部２２の軸長Ｌ２とは、実質的に同一であることが好ましい（図２）。第一巻回部２１の軸長Ｌ１と第二巻回部２２の軸長Ｌ２とが実質的に等しいとは、第一巻回部２１の軸長Ｌ１と第二巻回部２２の軸長Ｌ２との差が、第一巻回部２１の軸長Ｌ１の５％以下を満たすことを言う。そうすれば、各巻回部２１，２２の軸長Ｌ１，Ｌ２と各巻回部２１，２２が配置される内側コア部３１の軸方向の長さとが実質的に同一であれば、デッドスペースの少ない、実質的に無いリアクトル１を構築でき、リアクトル１を小型化できる。

　　　（断面積）
　各巻線２１ｗ，２２ｗの断面積は、「（第一巻線２１ｗの断面積）＞（第二巻線２２ｗの断面積）」の関係を満たす。第一巻線２１ｗの断面積が第二巻線２２ｗの断面積よりも大きいことで、第一巻線２１ｗの電気抵抗を第二巻線２２ｗの電気抵抗よりも小さくできる。そのため、第一巻回部２１よりも発熱し易い第二巻回部２２を冷却部材の冷却性能の高い側に配置すれば、損失の少ないリアクトル１を構築し易い。各巻線２１ｗ，２２ｗの断面積、即ち、第一巻線２１ｗと第二巻線２２ｗの断面積の差は、各巻回部２１，２２のターン数及び軸長Ｌ１，Ｌ２に応じて適宜選択できる。

　　　（サイズ）
　各巻線２１ｗ，２２ｗのサイズは、「（第一巻線２１ｗの幅Ｗ１）＝（第二巻線２２ｗの幅Ｗ２）」の関係を満たし、「（第一巻線２１ｗの厚みＴ１）＞（第二巻線２２ｗの厚みＴ２）」の関係を満たすことが好ましい（図２）。幅Ｗ１，Ｗ２とは、各巻回部２１，２２の並列方向に沿った長さを言い、厚みＴ１，Ｔ２とは、各巻回部２１，２２の軸方向に沿った長さを言う。第一巻線２１ｗの幅Ｗ１と第二巻線２２ｗの幅Ｗ２とが等しいとは、コイルＣと磁性コア３とを組み合わせてリアクトル１を構築した際、第一巻回部２１と第二巻回部２２の幅及び高さのばらつきが生じない程度を言う。第一巻線２１ｗの厚みＴ１と第二巻線２２ｗの厚みＴ２との差は、両巻回部２１，２２のターン数及び軸長Ｌ１，Ｌ２に応じて適宜選択できる。

　　　（端部）
　各巻回部２１，２２におけるその軸方向の一端側（図１紙面右側）の端部２１ｅ，２２ｅは、上方へ引き伸ばされており、その先端の絶縁被覆が剥されて露出した導体に端子部材（図示略）が接続される。コイルＣは、この端子部材を介してコイルＣに電力供給を行なう電源などの外部装置（図示略）が接続される。一方、各巻回部２１，２２におけるその軸方向の他端側（図１紙面左側）の端部２１ｅ，２２ｅは、互いに電気的に接続されている。この電気的な接続は、端部２１ｅ，２２ｅ同士を直接接続することで行ってもよいし、第一巻回部２１及び第二巻回部２２とは独立する接続部材を介して接続してもよい。

　端部２１ｅ，２２ｅ同士を直接接続する場合、第二巻回部２２の第二巻線２２ｗの端部２２ｅ側を曲げて第一巻回部２１の第一巻線２１ｗの端部２１ｅ側に引き伸ばし、両端部２１ｅ，２２ｅ同士を接続することで構成することが挙げられる。第二巻線２２ｗではなく第一巻線２１ｗを曲げてもよいが、第二巻線２２ｗの断面積が第一巻線２１ｗの断面積よりも小さため、第二巻線２２ｗは第一巻線２１ｗよりも曲げ易い。第二巻線２２ｗの端部２２ｅ側の曲げ方は、図１に示すように折り曲げて、折り返し箇所で巻線同士を厚み方向に部分的に重ねて、巻線２２ｗの伸延方向を９０°変えるようにしてもよいし、ターン形成部と同様にエッジワイズ曲げしてもよい。一方、上記接続部材を介して接続する場合、接続部材には、第一巻線２１ｗ又は第二巻線２２ｗと同一の線材を用いることが挙げられる。端部２１ｅ，２２ｅ同士の接続や、両端部２１ｅ，２２ｅと上記接続部材との接続は、溶接（例えばＴＩＧ溶接）で行える。

　　　（その他）
　各巻線２１ｗ，２２ｗは、熱融着樹脂から構成される熱融着層を有するものを利用できる。この場合、巻線２１ｗ，２２ｗを適宜巻回した後、適宜な時期に加熱して熱融着層を溶融して、隣り合うターン同士を熱融着樹脂によって接合する。このコイルＣは、ターン間に熱融着樹脂部が介在するため、ターン同士が実質的にずれず、コイルＣが変形し難い。熱融着層を構成する熱融着樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂が挙げられる。

　〔コイルの作用効果〕
　上述のコイルＣによれば、第一巻回部２１が発熱し難く、第二巻回部２２が発熱し易いという特定の発熱特性の関係を満たすため、冷却性能に偏りのある冷却部材により冷却されるリアクトルに好適に利用できる。

　〔コイルの設計方法〕
　コイルＣにおける各巻回部２１，２２のターン数は、温度取得過程と選択過程とを備えるコイルの設計方法により決定できる。

　　［温度取得過程］
　温度取得過程では、所定の通電条件のときの各巻回部の最高温度を求める。このとき、各巻線の断面積を互いに異ならせると共に、各巻回部のターン数を互いに異ならせた複数種のコイルを用意する。但し、各種コイルにおける両巻回部の合計ターン数は一定とする。そして、各種コイルを磁性コアと組み合わせてリアクトルを作製し、コイルに通電して各巻回部の最高温度を求める。所定の通電条件は、コイルの使用状況に応じた通電条件を適宜選択するとよい。各巻回部の最高温度の求め方は、実測してもよいし、市販のシミュレーションソフトを用いてもよい。

　例えば、両巻回部の合計ターン数を２ｎとする複数種（以下の３種）のコイルを準備する。
　・ｎ_１コイル＝Ａ_１巻回部のターン数がｎ－１，Ｂ_１巻回部のターン数がｎ＋１
　・ｎ_２コイル＝Ａ_２巻回部のターン数がｎ－２，Ｂ_２巻回部のターン数がｎ＋２
　・ｎ_３コイル＝Ａ_３巻回部のターン数がｎ－３，Ｂ_３巻回部のターン数がｎ＋３
　ｎ_１コイルは、Ａ_１巻回部のターン数＜Ｂ_１巻回部のターン数であり、両巻回部のターン数の差が２、同様に、ｎ_２コイルにおける両巻回部のターン数の差は４、ｎ_３コイルにおける両巻回部のターン数の差は６である。

　各巻回部の軸長は、上述したように、両巻回部の軸長の差が、一方の巻回部の軸長の５％以下となるように、各巻線の断面積を調整することが好ましい。具体的には、Ａ巻回部のターン数がＢ巻回部のターン数よりも少なくなる（ターン数の差が大きくなる）ほど、Ａ巻線の断面積を大きくし、Ｂ巻線の断面積を小さくする。
　即ち、ｎ_１コイルは、Ａ_１巻線の断面積＞Ｂ_１巻線の断面積、
　　　　ｎ_２コイルは、Ａ_２巻線の断面積＞Ｂ_２巻線の断面積、
　　　　ｎ_３コイルは、Ａ_３巻線の断面積＞Ｂ_３巻線の断面積、であり、
　Ａ巻線の断面積の大小関係は、Ａ_１巻線＜Ａ_２巻線＜Ａ_３巻線、
　Ｂ巻線の断面積の大小関係は、Ｂ_１巻線＞Ｂ_２巻線＞Ｂ_３巻線である。

　　［選択過程］
　選択過程では、温度取得過程での最高温度の結果に基づいて、各巻線２１ｗ，２２ｗの断面積と、各巻回部２１，２２のターン数とを選択する。この選択は、温度取得過程で求めた両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度のときの各巻線の断面積及び各巻回部のターン数とする。

　例えば、上記ｎ_１コイル、ｎ_２コイル、ｎ_３コイルの３種のコイルにおいて、
　上記ｎ_１コイルの最高温度の大小関係が、Ａ_１巻回部＜Ｂ_１巻回部、
　上記ｎ_２コイルの最高温度の大小関係が、Ａ_２巻回部＜Ｂ_２巻回部、
　上記ｎ_３コイルの最高温度の大小関係が、Ａ_３巻回部＜Ｂ_３巻回部、であり、
　高い方の最高温度の大小関係がＢ_１巻回部＜Ｂ_２巻回部＜Ｂ_３巻回部であった場合、各巻線２１ｗ，２２ｗの断面積及び各巻回部２１，２２のターン数は、上記ｎ_１コイルにおける各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択する。

　〔設計方法の作用効果〕
　上述のコイルの設計方法によれば、一対の巻回部が特定の発熱特性の関係を満たすコイルを設計できる。

　〔リアクトル〕
　上述のコイルＣは、図１，図２に示すリアクトル１のコイル２に利用できる。リアクトル１は、実施形態１の冒頭で説明したように、コイル２と、コイル２が配置される磁性コア３とを備える。コイル２は、上述のコイルＣで構成される。

　　［コイル］
　コイル２は、上述の第一巻回部２１と第二巻回部２２を備える。両巻回部２１，２２は、各軸方向が平行するように横並び（並列）した状態で配置されている。このコイル２は、冷却部材（図示略）により冷却される。冷却部材は、詳しくは後述するが、第一巻回部２１を冷却する第一冷却部と、第一冷却部より冷却性能が高くて第二巻回部２２を冷却する第二冷却部とを備える。即ち、両巻回部２１，２２の配置形態は、第一巻線２１ｗの断面積が大きくてターン数が少ない第一巻回部２１を冷却性能の低い第一冷却部側に配置し、第二巻線２２ｗの断面積が小さくてターン数が多い第二巻回部２２を冷却性能の高い第二冷却部側に配置する。それにより、第一巻回部２１と第二巻回部２２とが均等に冷却されて両巻回部２１，２２の温度差が生じ難くできる。

　　［磁性コア］
　磁性コア３は、各巻回部２１，２２の内側に配置される一対の内側コア部３１と、コイル２が配置されず、コイル２から突出（露出）される一対の外側コア部３２とを備える。磁性コア３は、離間して配置される内側コア部３１を挟むように外側コア部３２が配置され、内側コア部３１の端面と外側コア部３２の内端面とを接触させて環状に形成される。これら内側コア部３１及び外側コア部３２により、コイル２を励磁したとき、閉磁路を形成する。この磁性コア３は、公知のものを利用できる。

　　　（内側コア部）
　各内側コア部３１は、複数の柱状のコア片と、コア片よりも比透磁率が小さい材料からなるギャップ部とが交互に積層配置された積層体で構成してもよいし、ギャップ部を介さず、巻回部２１，２２の軸方向の略全長の長さを有する一つの柱状のコア片で構成してもよい。一対の内側コア部３１におけるコイル２の軸方向に沿った長さは互いに同一であり、コイル２の軸方向の長さと実質的に同一である。内側コア部３１の形状は、巻回部２１，２２の内周形状に合わせた形状とすることが好ましい。ここでは、内側コア部３１の形状は、巻回部２１，２２の軸方向の略全長に長さを有する直方体状であり、その角部を丸めた巻回部２１，２２の内周面に沿うように丸めている。

　　　（外側コア部）
　外側コア部３２の形状は、略ドーム形状の上面と下面を有する柱状体である。外側コア部３２の高さは、内側コア部３１よりも大きく、外側コア部３２の下面は、コイル２の下面と面一であることが好ましい。外側コア部３２の高さは、上下方向に沿った長さをいう。

　　　（材質）
　内側コア部３１のコア片及び外側コア部３２は、軟磁性粉末を圧縮成形した圧粉成形体、軟磁性粉末と樹脂とを含み樹脂が固化（硬化）している複合材料（成形硬化体）などが利用できる。

　軟磁性粉末を構成する粒子は、純鉄などの鉄族金属や鉄基合金（Ｆｅ－Ｓｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金など）などの軟磁性金属からなる金属粒子や、金属粒子の外周にリン酸塩などで構成される絶縁被覆を備える被覆粒子、フェライトなどの非金属材料からなる粒子などが挙げられる。

　軟磁性粉末の平均粒径は、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下、更に１０μｍ以上５００μｍ以下が挙げられる。この平均粒径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）での断面画像を取得し、市販の画像解析ソフトを用いて解析することで行える。その際、円相当径を軟磁性粒子の粒径とする。円相当径とは、粒子の輪郭を特定し、その輪郭で囲まれる面積Ｓと同一の面積を有する円の径とする。即ち、円相当径＝２×｛上記輪郭内の面積Ｓ／π｝^１／２で表される。

　上記複合材料の樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂（例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン９Ｔなど）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、低温硬化性樹脂などが挙げられる。その他、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムなどを利用できる。

　複合材料中の樹脂の含有量は、２０体積％以上７０体積％以下が挙げられる。樹脂の含有量が少ないほど、即ち軟磁性粉末の含有量が多いほど、飽和磁束密度の向上、放熱性の向上が期待でき、樹脂の含有量の上限は、５０体積％以下、更に４５体積％以下、４０体積％以下にできる。樹脂の含有量がある程度多いと、即ち、軟磁性粉末の含有量がある程度少ないと、複合材料の原料（原料混合物）を成形型に充填する際に流動性に優れて成形型に充填し易く、製造性の向上が期待でき、樹脂の含有量の下限は、２５体積％以上、更に３０体積％以上にできる。

　上記複合材料は、軟磁性粉末及び樹脂に加えて、アルミナやシリカなどのセラミックスといった非磁性材料からなるフィラー粉末を含有できる。この場合、例えば放熱性を高められる。複合材料中のフィラー粉末の含有量は、０．２質量％以上２０質量％以下、更に０．３質量％以上１５質量％以下、０．５質量％以上１０質量％以下が挙げられる。

　　［冷却部材］
　冷却部材は、上述のように冷却性能の異なる第一冷却部と第二冷却部とを備える。この第一冷却部と第二冷却部とは、異なる冷却性能を有する複数の部材であってもよいが、一連の冷却板だが、冷媒の流路が冷却板の一部にしかないなどで、領域により冷却性能に差があるものであってもよい。第一冷却部と第二冷却部の冷却性能の高低差は、第一巻回部２１と第二巻回部２２とを均等に冷却できる程度の差とすることが挙げられる。例えば、第一冷却部の冷却性能（Ｗ）と第二冷却部の冷却性能（Ｗ）との比が、１：２～１：２０程度を満たすことが挙げられる。

　　［用途］
　リアクトル１は、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータ（代表的にはＤＣ－ＤＣコンバータ）や空調機のコンバータなどの種々のコンバータ、電力変換装置の構成部品に好適に利用できる。

　〔リアクトルの作用効果〕
　上述のリアクトル１によれば、発熱し難い第一巻回部２１と発熱し易い第二巻回部２２とを有するコイル２を備えることで、コイル２を冷却する冷却部材の冷却性能に偏りがある場合に損失を低減できる。

　《試験例１》
　一対の巻回部を備える複数種のコイルに対し、所定の通電条件のときの各巻回部の最高温度をシミュレーションにより求めた。シミュレーションでは、導体部の体積固有抵抗、断面積、長さと、個々の巻回部の電流と、から発熱量を演算した。

　被覆平角線からなるＡ巻線を螺旋状に巻回したＡ巻回部と、Ａ巻線と同材質の被覆平角線からなるＢ巻線を螺旋状に巻回したＢ巻回部とを備える以下の５種のコイルを準備した。これらコイルの両巻回部の合計ターン数は２ｎ（一定）とした。
　・ｎ_０コイル＝Ａ_０巻回部のターン数がｎ，Ｂ_０巻回部のターン数がｎ
　・ｎ_１コイル＝Ａ_１巻回部のターン数がｎ－１，Ｂ_１巻回部のターン数がｎ＋１
　・ｎ_２コイル＝Ａ_２巻回部のターン数がｎ－２，Ｂ_２巻回部のターン数がｎ＋２
　・ｎ_３コイル＝Ａ_３巻回部のターン数がｎ－３，Ｂ_３巻回部のターン数がｎ＋３
　・ｎ_４コイル＝Ａ_４巻回部のターン数がｎ－４，Ｂ_４巻回部のターン数がｎ＋４

　ｎ_０コイルは、Ａ_０巻回部のターン数＝Ｂ_０巻回部のターン数であり、両巻回部のターン数の差が０、ｎ_１コイルは、Ａ_１巻回部のターン数＜Ｂ_１巻回部のターン数であり、両巻回部のターン数の差が２、同様に、ｎ_２コイルにおける両巻回部のターン数の差は４、ｎ_３コイルにおける両巻回部のターン数の差は６、ｎ_４コイルにおける両巻回部のターン数の差は８である。

　ここでは、Ａ巻回部とＢ巻回部の軸長の差がＡ巻回部の軸長の５％以下となるように、Ａ巻線とＢ巻線の断面積（厚み）を調整した。Ａ巻線とＢ巻線の幅は同じとした。具体的には、Ａ巻回部のターン数がＢ巻回部のターン数よりも少なくなる（ターン数の差が大きくなる）ほど、Ａ巻線の断面積（厚み）を大きくし、Ｂ巻線の断面積（厚み）を小さくした。
　即ち、ｎ_０コイルは、Ａ_０巻線の断面積＝Ｂ_０巻線の断面積、
　　　　ｎ_１コイルは、Ａ_１巻線の断面積＞Ｂ_１巻線の断面積、
　　　　ｎ_２コイルは、Ａ_２巻線の断面積＞Ｂ_２巻線の断面積、
　　　　ｎ_３コイルは、Ａ_３巻線の断面積＞Ｂ_３巻線の断面積
　　　　ｎ_４コイルは、Ａ_４巻線の断面積＞Ｂ_４巻線の断面積、であり、
　Ａ巻線の断面積の大小関係は、Ａ_０巻線＜Ａ_１巻線＜Ａ_２巻線＜Ａ_３巻線＜Ａ_４巻線、
　Ｂ巻線の断面積の大小関係は、Ｂ_０巻線＞Ｂ_１巻線＞Ｂ_２巻線＞Ｂ_３巻線＞Ｂ_４巻線である。

　各コイルの巻回部を磁性コアの内側コア部に組み付けてリアクトルを構築し、各コイルに通電して各巻回部の最高温度を求めた。通電条件は、ｘアンペア（Ａ）の電流を連続的に通電する連続電流と、ｙアンペア（Ａ）の電流（ｘ＜ｙ）をｚ秒（ｓｅｃ）通電する過渡電流の２つとした。ここでは、Ａ巻回部とＢ巻回部に対する冷却性能が互いに異なる状況下とした。具体的には、Ａ巻回部を冷却するＡ冷却部の冷却性能よりもＢ巻回部を冷却するＢ冷却部の冷却性能を高くした。

　連続通電条件下における各巻回部の最高温度の結果を図３に示し、過渡電流通電条件下における各巻回部の最高温度の結果を図４に示す。図３、図４に示すグラフの上側の横軸は、Ａ巻回部のターン数、下側の横軸は、Ｂ巻回部のターン数を示し、縦軸は、温度（℃）を示す。縦軸の温度は、「ｍ（℃）」を基準とし、ｍ（℃）よりどの程度高くなっているかを示す。図３，図４における「バツ」印は、Ａ巻回部の結果を示し、「黒塗り四角」印は、Ｂ巻回部の結果を示す。

　図３，図４に示すように、Ａ巻回部を冷却するＡ冷却部の冷却性能よりもＢ巻回部を冷却するＢ冷却部の冷却性能が高いにも関わらず、連続通電及び過渡電流通電のいずれの通電条件下であっても、ターン数に違いがあるものの、それぞれ特定のターン数を境に、Ａ巻回部の最高温度とＢ巻回部の最高温度の大小関係が逆転することが分かった。

　具体的には、上記連続通電条件下では、図３に示すように、Ａ巻回部のターン数がｎ－２とｎ－３との間、Ｂ巻回部のターン数がｎ＋２とｎ＋３との間を境に、Ａ巻回部の最高温度とＢ巻回部の最高温度の大小関係が逆転することが分かった。Ａ巻回部のターン数がｎ～ｎ－２、Ｂ巻回部のターン数がｎ～ｎ＋２では、Ａ巻回部の最高温度がＢ巻回部の最高温度よりも高くなり、Ａ巻回部のターン数がｎ－３～ｎ－４、Ｂ巻回部のターン数がｎ＋３～ｎ＋４ではＢ巻回部の最高温度がＡ巻回部の最高温度よりも高くなった。

　図３に示すように、上記連続通電条件下では、各コイルにおける両巻回部の最高温度の大小関係は、以下の通りである。
　ｎ_０コイルの最高温度の大小関係：Ａ_０巻回部＞Ｂ_０巻回部
　ｎ_１コイルの最高温度の大小関係：Ａ_１巻回部＞Ｂ_１巻回部
　ｎ_２コイルの最高温度の大小関係：Ａ_２巻回部＞Ｂ_２巻回部
　ｎ_３コイルの最高温度の大小関係：Ａ_３巻回部＜Ｂ_３巻回部
　ｎ_４コイルの最高温度の大小関係：Ａ_４巻回部＜Ｂ_４巻回部

　高い方の最高温度の大小関係は、Ｂ_３巻回部＜Ｂ_４巻回部＜Ａ_２巻回部＜Ａ_１巻回部＜Ａ_０巻回部であった。図３から、ｎ_３コイルにおける両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度であることが分かる。即ち、上記連続通電条件下では、各巻線の断面積及び各巻回部のターン数は、ｎ_３コイルにおける各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択することがよいことが分かる。

　一方、上記過渡電流通電条件下では、図４に示すように、Ａ巻回部のターン数がｎ－１とｎ－２との間、Ｂ巻回部がｎ＋１とｎ＋２との間を境に、Ａ巻回部の最高温度とＢ巻回部の最高温度の大小関係が逆転することが分かった。Ａ巻回部のターン数がｎ～ｎ－１、Ｂ巻回部のターン数がｎ～ｎ＋１では、Ａ巻回部の最高温度がＢ巻回部の最高温度よりも高くなり、Ａ巻回部のターン数がｎ－２～ｎ－４、Ｂ巻回部のターン数がｎ＋２～ｎ＋４では、Ｂ巻回部の最高温度がＡ巻回部の最高温度よりも高くなった。

　図４に示すように、上記過渡電流通電条件下では、各コイルにおける両巻回部の最高温度の大小関係は、以下の通りである。
　ｎ_０コイルの最高温度の大小関係：Ａ_０巻回部＞Ｂ_０巻回部
　ｎ_１コイルの最高温度の大小関係：Ａ_１巻回部＞Ｂ_１巻回部
　ｎ_２コイルの最高温度の大小関係：Ａ_２巻回部＜Ｂ_２巻回部
　ｎ_３コイルの最高温度の大小関係：Ａ_３巻回部＜Ｂ_３巻回部
　ｎ_４コイルの最高温度の大小関係：Ａ_４巻回部＜Ｂ_４巻回部

　高い方の最高温度の大小関係は、Ａ_１巻回部＜Ｂ_２巻回部＜Ａ_０巻回部＜Ｂ_３巻回部＜Ｂ_４巻回部であった。図４から、ｎ_１コイルにおける両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度であることが分かる。即ち、上記過渡電流通電条件下では、各巻線の断面積及び各巻回部のターン数は、ｎ_１コイルにおける各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択することがよいことが分かる。

　本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味およ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。

　Ｃ　コイル
　２１　第一巻回部
　　２１ｗ　第一巻線
　　２１ｅ　端部
　２２　第二巻回部
　　２２ｗ　第二巻線
　　２２ｅ　端部
　１　リアクトル
　　２　コイル
　　３　磁性コア
　　　３１　内側コア部
　　　３２　外側コア部

Claims

　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、
　前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備え、
　前記第一巻線の断面積が前記第二巻線の断面積よりも大きく、
　前記第一巻回部のターン数が前記第二巻回部のターン数よりも少ないコイル。
　前記第一巻回部の軸方向の長さと前記第二巻回部の軸方向の長さとの差が、前記第一巻回部の軸方向の長さの５％以下である請求項１に記載のコイル。
　前記第一巻回部と前記第二巻回部のターン数の差が１０以下である請求項１又は請求項２に記載のコイル。
　前記第一巻線及び第二巻線の導体線が平角線であり、
　前記第一巻線と前記第二巻線の幅が同じで、
　前記第一巻線と前記第二巻線の厚みが互いに異なる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイル。
　コイルと、前記コイルが配置される磁性コアとを備えるリアクトルであって、
　前記コイルは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコイルであるリアクトル。
　第一巻線を螺旋状に巻回してなる第一巻回部と、前記第一巻回部と電気的に接続される第二巻線を螺旋状に巻回してなり、前記第一巻回部の軸に平行な軸を有する第二巻回部とを備えるコイルの合計ターン数を一定にしつつ、各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を互いに異ならせて、所定の通電条件のときの各巻回部の最高温度を求める温度取得過程と、
　両巻回部の高い方の最高温度が最も低い温度のときの各巻線の断面積及び各巻回部のターン数を選択する選択過程とを備えるコイルの設計方法。