(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのサブコイルのみからなるコイルであって単一の巻き軸を有するコイルを備えるコイル部品であって、
前記サブコイルは、２つ以上のコイル部を並列接続してなるもののみからなるものであり、
前記コイル部の夫々は、１層又は２層のソレノイド状に巻回された導線又は１層又は２層のスパイラル状に巻回された導線からなるものであり、
前記巻き軸を含む平面で切った場合の前記コイルの２つの断面からなる巻き窓のいずれにおいても、前記コイルに通電した場合の交流電流分布が表面近傍のみに集中しており、
前記コイルは、前記サブコイルを直列接続してなるものである
コイル部品。
【請求項２】
請求項１記載のコイル部品であって、
前記導線の断面は、前記巻き軸の延びる方向又は前記巻き軸と直交する方向の少なくともいずれか一方において、前記コイル部品を駆動する駆動周波数における表皮深さの２倍以下のサイズを有している
コイル部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のコイル部品であって、
前記交流電流分布は、前記巻き軸の延びる方向における前記巻き窓の両端近傍のみ又は前記巻き軸と直交する方向における前記巻き窓の両端近傍のみに集中している
コイル部品。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記導線は、前記コイル部品を駆動する駆動周波数における表皮深さの２倍以下の直径を有する丸線又は前記表皮深さの２倍以下の板厚を有する平角線からなる
コイル部品。
【請求項５】
請求項４記載のコイル部品であって、
前記コイル部は、前記平角線をフラットワイズ巻きしてなるものであり、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記平角線のサイズの総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品。
【請求項６】
請求項５記載のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記サイズの総和の大きい方は、前記サイズの総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品。
【請求項７】
請求項４記載のコイル部品であって、
前記巻き軸と直交する方向において、一方の前記サブコイルは、他方の前記サブコイルの外側に位置しており、
前記コイル部は、前記平角線をエッジワイズ巻きしてなるものであり、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記平角線のサイズの総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品。
【請求項８】
請求項７記載のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記サイズの総和の大きい方は、前記サイズの総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品。
【請求項９】
請求項４記載のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記コイル部を複数備えており、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の夫々は、前記丸線を１層又は２層のソレノイド状に巻回してなるものであって、前記巻き軸から前記丸線までの距離が他の前記コイル部と異なるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部は、前記巻き軸を中心として同心円状に配置され、且つ、互いに並列に接続されている
コイル部品。
【請求項１０】
請求項９記載のコイル部品であって、
前記巻き軸と直交する方向において、一方の前記サブコイルは、他方の前記サブコイルの外側に位置しており、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記丸線の直径の総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品。
【請求項１１】
請求項１０記載のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記直径の総和の大きい方は、前記直径の総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品。
【請求項１２】
請求項４記載のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記コイル部を複数備えており、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の夫々は、前記丸線を１層又は２層のスパイラル状に巻回してなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部は、前記巻き軸の延びる方向に沿って積層されており、且つ、互いに並列に接続されている
コイル部品。
【請求項１３】
請求項１２記載のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記丸線の直径の総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品。
【請求項１４】
請求項１３記載のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記直径の総和の大きい方は、前記直径の総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品。
【請求項１５】
請求項５及び請求項６並びに請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記巻き軸の延びる方向において前記サブコイルを構成する前記コイル部の接続関係が前記サブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されている
コイル部品。
【請求項１６】
請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記巻き軸と直交する方向において前記サブコイルを構成する前記コイル部の接続関係が前記サブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されている
コイル部品。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記コイル部品を駆動する駆動周波数を５０ｋＨｚ以下として設計された
コイル部品。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のコイル部品であって、
前記巻き窓の前記表面近傍に対向するように位置するヒートシンクを更に備える
コイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車体駆動動力用モーターの電力変換装置であるインバータの昇圧回路等に用いられるリアクトルやモーター等のコイル部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、コイル部品は、コイル（巻き線）と磁性体（磁気コアや磁性ヨーク）とを備えている。例えば、特許文献１のコイル部品は、テープ状の導線をフラットワイズ巻きしてなる空芯コイルと、空芯コイルの外周に設けられた磁性体とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８２４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、コイル部品における損失が大きいと、その損失による発熱で劣化してしまうことを避けるために、コイル部品を小型化できないという問題がある。また、エネルギーロスが大きく、電力の有効活用が図れないといった問題もある。
【０００５】
そこで、本発明は、低損失なコイル部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
コイル部品における損失の一つとして、交流電流により生じる損失である交流損失があり、交流損失には、表皮効果に起因する損失と、近接効果に起因する損失とがある。
【０００７】
本発明の発明者らは、コイル部品における交流損失について、使用する導線の断面サイズが表皮深さの４倍以下、好ましくは２倍以下である場合において、１００ｋＨｚ以上の周波数でコイル部品を駆動すると表皮効果が支配的となるのに対して、１００ｋＨｚ未満、特に５０ｋＨｚ以下の周波数でコイル部品を駆動した場合には、近接効果が支配的となることを見出した。
【０００８】
これらを踏まえた上で本発明の発明者らは、近接効果が支配的になる状況では、導線の配置状況等に応じて以下のような交流電流分布が生じることを見出した。
１）円形断面を有する導線（即ち、丸線）が単線である場合、一般的には電流は外周部に集中するが、導線が細い場合には外周部への電流の集中は緩和する。
２）平角導線のように縦横比の異なる導線が単線である場合、断面における長手方向の両端（平角導線の場合、板厚方向と直交する方向の両端）に電流が集中する。
３）互いに直列に接続されている２本の導線が近接し且つそれらの導線に同方向の電流が流れている場合（例えば、ソレノイド状又はスパイラル状に２巻きだけ導線を巻いたコイルの一部など）、各導線の内部で他方の導線から遠ざかる方向に電流が集中し、導線間の電流密度は低下する。
４）互いに直列に接続されている３本以上の導線が一列に近接して配置され且つそれらの導線に同方向の電流が流れている場合（例えば、導線をソレノイド状又はスパイラル状に３巻き以上巻回してなるコイルの一部など）、最も外側に位置する導線においては外側に電流が集中し、それ以外の導線においては他の導線との境界部分に電流が集中する。
５）互いに並列に接続された３本以上の導線が一列に近接して配置されている場合、最も外側に位置する導線においては外側に電流が集中し、それ以外の導線においては電流の集中は生じない。
６）上記４）の条件と他の条件とが同時に成立する場合、他の条件に基づく事象が優先する。
【０００９】
本発明の発明者らは、上述した１）〜６）の事象を考慮し、近接効果が支配的となるように構成して表皮効果に起因した損失を抑制する一方で、近接効果に起因した損失を低めるようにコイルを構成することとした。具体的には、本発明の発明者らは、表皮深さを考慮した上で導線の断面サイズを決定し、更に、コイルに通電した場合の交流電流分布の密度がコイルの巻き窓の表面近傍のみに集中するようにコイルを構成することでコイルの巻き窓の内部において近接効果により生じていた損失を抑制することとし、コイル部品全体における交流損失を低くすることとした。ここで、コイルの「巻き窓」とは、コイルの巻き軸を含む平面でコイルを切った場合にできる２つの断面の夫々（即ち、コイルを構成する導線の束の断面）のことをいう。かかる知見等に基づき、本発明は、低損失のコイル部品として以下に掲げるコイル部品を提供する。
【００１０】
即ち、本発明は、第１のコイル部品として、
１つ又は２つのサブコイルのみからなるコイルであって単一の巻き軸を有するコイルを備えるコイル部品であって、
前記サブコイルは、１つのコイル部のみ又は２つ以上のコイル部を並列接続してなるもののみからなるものであり、
前記コイル部は、１層又は２層のソレノイド状に巻回された導線又は１層又は２層のスパイラル状に巻回された導線からなるものであり、
前記巻き軸を含む平面で切った場合の前記コイルの２つの断面からなる巻き窓のいずれにおいても、前記コイルに通電した場合の交流電流分布が表面近傍のみに集中している
コイル部品を提供する。
【００１１】
また、本発明は、第２のコイル部品として、第１のコイル部品であって、
前記導線は、前記巻き軸の延びる方向又は前記巻き軸と直交する方向の少なくともいずれか一方において、前記コイル部品を駆動する駆動周波数における表皮深さの２倍以下のサイズを有しており、
コイル部品を提供する。
【００１２】
また、本発明は、第３のコイル部品として、第１又は第２のコイル部品であって、
前記交流電流分布は、前記巻き軸の延びる方向における前記巻き窓の両端近傍のみ又は前記巻き軸と直交する方向における前記巻き窓の両端近傍のみに集中している
コイル部品を提供する。
【００１３】
また、本発明は、第４のコイル部品として、第１乃至第３のいずれかのコイル部品であって、
前記コイルは、２個の前記サブコイルのみからなるものであり、
前記コイルは、前記サブコイルを直列接続してなるものである
コイル部品を提供する。
【００１４】
また、本発明は、第５のコイル部品として、第１乃至第４のいずれかのコイル部品であって、
前記導線は、前記表皮深さの２倍以下の直径を有する丸線又は前記表皮深さの２倍以下の板厚を有する平角線からなる
コイル部品を提供する。
【００１５】
また、本発明は、第６のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記コイルは、１つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記コイル部は、前記平角線をフラットワイズ巻きしてなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記平角線のサイズの総和の１／２は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００１６】
また、本発明は、第７のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記コイルは、２つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記コイル部は、前記平角線をフラットワイズ巻きしてなるものであり、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記平角線のサイズの総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００１７】
また、本発明は、第８のコイル部品として、第７のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記サイズの総和の大きい方は、前記サイズの総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品を提供する。
【００１８】
また、本発明は、第９のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記コイルは、１つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記コイル部は、前記平角線をエッジワイズ巻きしてなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記平角線のサイズの総和の１／２は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００１９】
また、本発明は、第１０のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記コイルは、２つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記巻き軸と直交する方向において、一方の前記サブコイルは、他方の前記サブコイルの外側に位置しており、
前記コイル部は、前記平角線をエッジワイズ巻きしてなるものであり、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記平角線のサイズの総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００２０】
また、本発明は、第１１のコイル部品として、第１０のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記サイズの総和の大きい方は、前記サイズの総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品を提供する。
【００２１】
また、本発明は、第１２のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記コイル部を複数備えており、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の夫々は、前記丸線を１層又は２層のソレノイド状に巻回してなるものであって、前記巻き軸から前記丸線までの距離が他の前記コイル部と異なるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部は、前記巻き軸を中心として同心円状に配置され、且つ、互いに並列に接続されている
コイル部品を提供する。
【００２２】
また、本発明は、第１３のコイル部品として、第１２のコイル部品であって、
前記コイルは、１つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記丸線の直径の総和の１／２は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００２３】
また、本発明は、第１４のコイル部品として、第１２のコイル部品であって、
前記コイルは、２つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記巻き軸と直交する方向において、一方の前記サブコイルは、他方の前記サブコイルの外側に位置しており、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸と直交する方向における前記丸線の直径の総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００２４】
また、本発明は、第１５のコイル部品として、第１４のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記直径の総和の大きい方は、前記直径の総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品を提供する。
【００２５】
また、本発明は、第１６のコイル部品として、第５のコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記コイル部を複数備えており、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の夫々は、前記丸線を１層又は２層のスパイラル状に巻回してなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部は、前記巻き軸の延びる方向に沿って積層されており、且つ、互いに並列に接続されている
コイル部品を提供する。
【００２６】
また、本発明は、第１７のコイル部品として、第１６のコイル部品であって、
前記コイルは、１つの前記サブコイルのみからなるものであり、
前記サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記丸線の直径の総和の１／２は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００２７】
また、本発明は、第１８のコイル部品として、第１６のコイル部品であって、
前記コイルは、２つの前記サブコイルのみからなるものであり、
２つの前記サブコイルにおいて、該サブコイルを構成する前記コイル部の前記巻き軸の延びる方向における前記丸線の直径の総和の小さい方は、前記表皮深さよりも大きい
コイル部品を提供する。
【００２８】
また、本発明は、第１９のコイル部品として、第１８のコイル部品であって、
２つの前記サブコイルにおいて、前記直径の総和の大きい方は、前記直径の総和の小さい方の５倍以下である
コイル部品を提供する。
【００２９】
また、本発明は、第２０のコイル部品として、第６乃至第８並びに第１６乃至第１９のいずれかのコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記巻き軸の延びる方向において前記サブコイルを構成する前記コイル部の接続関係が前記サブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されている
コイル部品を提供する。
【００３０】
また、本発明は、第２１のコイル部品として、第９乃至第１５のいずれかのコイル部品であって、
前記サブコイルは、前記巻き軸と直交する方向において前記サブコイルを構成する前記コイル部の接続関係が前記サブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されている
コイル部品を提供する。
【００３１】
また、本発明は、第２２のコイル部品として、第１乃至第２１のいずれかのコイル部品であって、
前記駆動周波数を５０ｋＨｚ以下として設計された
コイル部品を提供する。
【００３２】
また、本発明は、第２３のコイル部品として、第１乃至第２２のいずれかのコイル部品であって、
前記巻き窓の前記表面近傍に対向するように位置するヒートシンクを更に備える
コイル部品を提供する。
【発明の効果】
【００３３】
上述した事象５）から理解されるように、一列に近接して配置され且つ互いに並列接続された複数の導線は、近接効果が支配的な状況にあっては、アスペクト比の大きい一本の導線と同様の交流電流分布を生じさせる。このため、サブコイルは、２つ以上のコイル部を並列接続してなるもののみからなるものであったとしても、実質的には１つのコイル部のみからなる場合と同様に扱うことができる。かかるサブコイルを３つ以上直列に接続してしまうと、上述した事象４）から理解されるようにサブコイル間の境界部分にも交流電流分布の高いところが出てしまって損失が大きくなる可能性があるが、サブコイルの数を２つ以下（即ち、１つ又は２つのみ）と限定すると、サブコイルが直列に接続されていたとしても上述した事象３）から理解されるように、サブコイル間の境界部分には殆ど交流電流分布の高いところが現れず、従って当該境界部分における損失を抑制することができる。このように、本発明の構成を採用すると、コイルの巻き窓の表面近傍のみに交流電流分布を集中させることができ（即ち、損失が生じる部位を巻き窓の表面近傍のみに限定することができ）、巻き窓内部における損失を抑制することができるため、コイル部品全体としての損失を低く抑えることができる。
【００３４】
特に、各サブコイルを複数のコイル部で構成することとしたり、２つのサブコイルを用いたりして、コイルを事実上分割することとすると、コイル部品全体を大型化することなく巻き数を増やすことができたり、既存のより安価な材料でコイルを構成することが可能となるためコイル部品のコストを低く抑えることができる等の利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】コイルを模式的に示す斜視図である。磁性体は省略されている。
【図２】巻き軸を含む平面でコイル部品を切った場合の断面を模式的に示す図である。
【図３】巻き窓を模式的に示す図である。左図がエッジワイズ巻きのコイルの巻き窓の例であり、右図がフラットワイズ巻きのコイルの巻き窓の例である。
【図４】本発明の実施の形態によるコイルの巻き窓における交流電流分布の例を模式的に示す図である。
【図５】近接効果が支配的となった場合の丸線における交流電流分布を模式的に示す図である。左図は、比較的径の大きい丸線の例であり、右図は比較的径の小さい丸線の例である。
【図６】近接効果が支配的となった場合の平角線における交流電流分布を模式的に示す図である。
【図７】近接配置されると共に直列接続された２本の丸線において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図８】一列に近接配置されると共に直列接続された３本の角線において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図９】一列に近接配置されると共に直列接続された３本の丸線において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図１０】一列に近接配置されると共に並列接続された３本の角線において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図１１】一列に近接配置されると共に並列接続された３本の丸線において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図１２】近接効果が支配的となった場合のコイルの巻き窓における交流電流分布を模式的に示す図である。左図がエッジワイズ巻きのコイルに関するものであり、右図がフラットワイズ巻きのコイルに関するものである。
【図１３】複数行複数列の丸線の束からなる巻き窓において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。左図は、１層のソレノイド状に巻回された丸線からなるコイル部を巻き軸と直交する方向において複数同心円状に配置してなるサブコイル（コイル）に関するものであり、右図は、１層のスパイラル状に巻回された丸線からなるコイル部を巻き軸の延びる方向に複数積層配置してなるサブコイル（コイル）に関するものである。
【図１４】フラットワイズ巻きのコイル部を巻き軸の延びる方向に積層しつつ並列接続してなるサブコイル（コイル）の巻き窓において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図１５】エッジワイズ巻きのコイル部を巻き軸と直交する方向に同心円状に近接配置しつつ並列接続してなるサブコイル（コイル）の巻き窓において近接効果が支配的となった場合の交流電流分布を模式的に示す図である。
【図１６】サブコイルを２つ有するコイルの例について模式的に示す図である。図示されたコイルは、巻き軸の延びる方向に２つのサブコイルが積層されたようなコイルの巻き窓を有している。
【図１７】サブコイルを２つ有するコイルの他の例について模式的に示す図である。図示されたコイルは、巻き軸と直交する方向において一方のサブコイルが他方のサブコイルの外側に位置しているようなコイルの巻き窓を有している。
【図１８】図１６のコイルの具体例を示す図である。
【図１９】図１６のコイルの他の具体例を示す図である。
【図２０】図１７のコイルの具体例を示す図である。
【図２１】ヒートシンクを更に備える変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施の形態によるコイル部品１０は、磁性体２０とコイル３０とを備えている。コイル３０は、Ｚ方向を巻き軸３２の延びる方向としたものである。磁性体２０及びコイル３０としては、既存の技術を考慮して様々な形態を採用することができる。但し、コイル３０については、以下に詳述する構造的条件を備えることが必要とされる。
【００３７】
本実施の形態によるコイル部品１０は、コイル３０の巻き窓３４における交流電流分布を特定の状態に制御してなるものである。ここで、コイル３０の巻き窓３４とは、図２から理解されるようなコイル３０の断面のことである。詳しくは、図２に示されるように、巻き軸３２を含む平面でコイル部品１０を切った場合、そこにはコイル３０の断面が２つ現れることとなる。これらコイル３０の断面の夫々は、具体的には、当該コイル３０を構成する導線の束の断面（即ち、導線の断面の集合体）である。この断面の夫々を巻き窓３４という。即ち、図２に示されるように、巻き軸３２を含む平面でコイル部品１０（コイル３０）を切った場合、そこには２つの巻き窓３４が現れることとなる。図３に巻き窓の例を示す。図３の左図は、平角線７０をエッジワイズ巻きしたコイル３０ａの巻き窓３４ａを示し、図３の右図は、平角線７０をフラットワイズ巻きしたコイル３０ｂの巻き窓３４ｂを示す。なお、コイル３０ａは、１層のソレノイド状に巻回された平角線７０からなるものであり、コイル３０ｂは１層のスパイラル状に巻回された平角線７０からなるものであるととらえることもできる。
【００３８】
本実施の形態による構造的条件を満たすコイル３０の巻き窓３４においては、図４の左図及右図に示されるように、コイル３０に通電した場合の電流密度の高い領域６０が表面近傍のみに集中することとなる。例えば、図４の左図においては、巻き窓３４のｒ方向（巻き軸と直交する方向）の両端近傍のみに電流密度の高い領域６０が現れており、図４の右図においては、巻き窓３４のＺ方向（巻き軸の延びる方向）の両端近傍のみに電流密度の高い領域６０が現れている。かかる交流電流分布によると、巻き窓３４の表面以外の部分（即ち、巻き窓３４の内部に位置する導線間の境界など）に生じる交流損失を抑制することができることから、コイル部品（コイル３０）全体の損失を低くすることができる。なお、例えば、図４左のような交流電流分布は、図３左のように平角線７０をエッジワイズ巻きしてなるコイル３０ａであって本実施の形態による構造的条件を満たすコイル３０ａの巻き窓３４ａにおいて確認することができ、一方、図４右のような交流電流分布は、図３右のように平角線７０をフラットワイズ巻きしてなるコイル３０ｂであって本実施の形態による構造的条件を満たすコイル３０ｂの巻き窓３４ｂにおいて確認することができる。
【００３９】
５０ｋＨｚ以下の駆動周波数でコイル部品１０を駆動すると、交流損失においては近接効果が支配的になると考えることができる。加えて、駆動周波数が３０ｋＨｚ以下、特に１０ｋＨｚ近傍になると交流損失は実質的に近接効果のみに起因するものと考えることができる。このような駆動周波数ｆの電流を、その駆動周波数ｆで定まる表皮深さδ（＝１／√（πｆμσ）；ここでμは導線の透磁率、σは導線の導電率）の４倍（好ましくは２倍）を考慮したサイズを有する導線に流した場合、近接効果による交流電流分布は以下のようになる。ここで、「表皮深さδの４倍（好ましくは２倍）を考慮したサイズを有する導線」とは、例えば、丸線の場合には表皮深さδの４倍（好ましくは２倍）以下の直径を有するものであり、平角線の場合には表皮深さδの４倍（好ましくは２倍）以下の板厚を有するものである。即ち、「表皮深さδの４倍（好ましくは２倍）を考慮したサイズを有する導線」とは、コイルとして巻回した場合に、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）又は巻き軸と直交する方向（ｒ方向）の少なくともいずれか一方において、表皮深さδの４倍（好ましくは２倍）以下のサイズを有するような導線である。
【００４０】
事象１：円形断面を有する導線（即ち、丸線）が単線である場合、一般的には電流は外周部に集中するが、導線が細い場合には外周部への電流の集中は緩和する。
【００４１】
図５を参照すると、丸線７２が一本のみあったとして、その丸線７２に電流を流した場合、図５左に示されるように電流密度の高い領域６０は表面近傍（外周部）に集中するが、丸線７２が細い場合には図５右に示されるように電流が表面近傍のみに集中するといったことがない。
【００４２】
事象２：平角導線のように縦横比の異なる導線が単線である場合、断面における長手方向の両端（平角導線の場合、板厚方向と直交する方向の両端）に電流が集中する。
【００４３】
図６を参照すると、一本のみの平角線７０に電流を流した場合であって、平角線７０の板厚が表皮深さ以下であるような場合、電流密度の高い領域６０は平角線７０の幅方向（板厚方向と直交する方向；平角線７０の断面における長手方向）の両端のみに集中する。
【００４４】
事象３：互いに直列に接続されている２本の導線が近接し且つそれらの導線に同方向の電流が流れている場合、各導線の内部で他方の導線から遠ざかる方向に電流が集中し、導線間の電流密度は低下する。
【００４５】
図７に示されるように、丸線７２をスパイラル状に２巻きだけ巻いたコイルに対して通電した場合、そのコイルの巻き窓において電流密度の高い領域６０は各丸線７２の他の丸線７２から遠い表面近傍のみに集中する。即ち、丸線７２の線間（境界）近傍には電流密度の高い領域６０は現れない。図７に示される例は、丸線７２をスパイラル状に２巻きだけ巻いてなるコイルに関するものであるが、例えば、丸線７２をソレノイド状に２巻きだけ巻いてなるコイルの場合も同様であり、また、丸線７２に代えて角線をソレノイド状又はスパイラル状に２巻きだけ巻回してコイルを構成したような場合も同様である。
【００４６】
事象４：互いに直列に接続されている３本以上の導線が一列に近接して配置され且つそれらの導線に同方向の電流が流れている場合、最も外側に位置する導線においては外側に電流が集中し、それ以外の導線においては他の導線との境界部分に電流が集中する。
【００４７】
例えば、図８に示されるように、角線７４をスパイラル状に３巻きだけ巻いたコイルに通電した場合、電流密度の高い領域６０は、最外周の表面のみではなく線間にも表れる。図９に示されるように、丸線７２をスパイラル状に３巻きだけ巻いたコイルに通電した場合も同様である。これら図８及び図９の例のように、互いに直列に接続された３本の導線（角線７４及び丸線７２）が一列に近接配置されると、一の導線に流れる電流によってその導線と隣接する導線内に逆方向に向かう電流が誘導されることとなり、導線間における交流損失が増大してしまう。なお、図８及び図９に示された例は、角線７４や丸線７２をスパイラル状に巻回したコイルに関するものであるが、例えば、角線７４や丸線７２をソレノイド状に巻回したコイルの場合も同様である。また、図８及び図９に示される例では角線７４及び丸線７２を３巻きだけ巻回してコイルを構成しているが、３巻き以上巻回しても同様である。
【００４８】
事象５：互いに並列に接続された３本以上の導線が一列に近接して配置されている場合、最も外側に位置する導線においては外側に電流が集中し、それ以外の導線においては電流の集中は生じない。
【００４９】
例えば、図１０に示されるように、互いに並列に接続された３本の角線７４を一列に近接配置して、それら角線７４に通電した場合、電流密度の高い領域６０は、最外周の表面のみに現れる。即ち、角線７４の線間（境界部分）には電流密度の高い領域６０は現れない。図１１に示されるように、互いに並列に接続された３本の丸線７２を一列に近接配置して、それら丸線７２に通電した場合も同様である。図１０及び図１１では角線７４や丸線７２を３本のみ近接配置した例を示しているが、４本以上並置しても同様である。
【００５０】
図１０及び図１１と図６から理解されるように、互いに並列に接続された複数の導線（丸線７２や角線７４など）を一列に近接配置した状態でそれら導線に通電すると、平角線７０に通電した場合と同様の交流電流分布となる。これを利用すると、複数の安価な丸線７２で平角線７０と同様の結果を得ることができる。
【００５１】
事象６：事象４に示される条件と他の事象１〜３及び５に示される条件とが同時に成立する場合、他の事象１〜３及び５が優先する。
【００５２】
例えば、図６に示されるような事象２の条件を満たす平角線７０を用いて、図１２左に示されるエッジワイズ巻きのコイルを構成した場合や、図１２右に示されるフラットワイズ巻きのコイルを構成した場合、各平角線７０の幅方向（平角線７０の断面における長手方向）の両端に電流密度の高い領域６０が現れる。即ち、図１２左のエッジワイズ巻きのコイル３０ａの場合、巻き窓３４ａのｒ方向（巻き軸と直交する方向）における両端に電流密度の高い領域６０が集中し、図１２右のフラットワイズ巻きのコイル３０ｂの場合、巻き窓３４ｂのＺ方向（巻き軸の延びる方向）における両端に電流密度の高い領域６０が集中する。
【００５３】
同様に、図１１に示されるような事象５の条件を満たす複数の丸線７２でコイル部５０ｃ，５０ｄを構成すると共に複数のコイル部５０ｃ，５０ｄを用いて、図１３に示されるようなコイル３０ｃ，３０ｄを構成した場合、ｒ方向（巻き軸と直交する方向）又はＺ方向（巻き軸の延びる方向）における両端に電流密度の高い領域６０が現れる。なお、図１３左に示されるコイル３０ｃは互いに巻き径の異なるソレノイド状のコイル部５０ｃを同心円状に配置してなるものであり、点線で示されるように互いに並列に接続されている。即ち、巻き窓３４ｃにおいて一列を構成する断面は一本の丸線７２に属する（一つのコイル部５０ｃに属する）ものである。一方、図１３右に示されるコイル３０ｄはスパイラル状に巻回されたコイル部５０ｄをＺ方向に積層してなるものであり、点線で示されるように互いに並列に接続されている。即ち、巻き窓３４ｄにおいて一行を構成する断面は一本の丸線７２に属する（一つのコイル部５０ｄに属する）ものである。
【００５４】
更に、図１３に示される例において丸線７２を平角線に変更したとしても同様の結果が得られる。
【００５５】
例えば、図１４に示されるように、フラットワイズ巻きのコイル部５０ｅをＺ方向（巻き軸の延びる方向）に沿って複数積層しつつ点線で示されるように並列接続してコイル３０ｅを構成した場合、巻き窓３４ｅにおいてはＺ方向の両端のみに電流密度の高い領域６０が現れる。同様に、図１５に示されるように、エッジワイズ巻きのコイル部５０ｆをｒ方向に同心円状に複数配置しつつ点線で示されるように並列接続してコイル３０ｆを構成すると、巻き窓３４ｆにおいてはｒ方向の両端のみに電流密度の高い領域６０が現れる。これら図１４及び図１５の例と図１２に示される例とを比較すれば理解されるように、並列接続された複数のコイル部５０ｅ，５０ｆからなるコイル３０ｅ，３０ｆにおいては、アスペクト比の大きい平角線からなるコイルと同様の交流電流分布が得られる。アスペクト比の大きい平角線でコイルを構成すると、その端部又は端末をエッジワイズ曲げして処理することができないなど取り扱い上において問題となることが多いが、複数のコイル部５０ｅ，５０ｆを並列接続した場合、アスペクト比の大きい平角線と同様の交流電流分布を得つつ端末処理等を問題なく行うことができる。加えて、複数のコイル部を並列接続して、コイル（サブコイル）を得た場合、コイル部間に働くローレンツ力の大幅な低下によりコイル部品における振動やそれに起因した騒音を低減することができる。
【００５６】
上述した例においては、１つのコイル部のみからなるコイル３０ａ，３０ｂや複数のコイル部を並列接続してなるコイル３０ｃ〜３０ｆについて説明してきたが、かかるコイル３０ａ〜３０ｆをサブコイル４０とし、図１６及び図１７に示されるように、単一の巻き軸（即ち、共通の巻き軸）を有するように２つのサブコイル４０を近接配置して１つのコイル３０ｇ，３０ｈを構成することとしてもよい。換言すると、上述したコイル３０ａ〜３０ｆは、１つのサブコイルのみからなるものであると考えることもできる。
【００５７】
更に、いずれのコイル３０ｇ，３０ｈにおいてもサブコイル４０同士を直列接続することとしてもよい。サブコイル４０同士が直列に接続されている場合であっても事象３から理解されるようにサブコイル４０の数が２つのみである場合、サブコイル４０間の境界には電流密度の高い領域６０が現れない。もし３つのサブコイル４０を直列に接続してしまった場合には事象４から予想されるようにサブコイル４０の境界部分にも電流密度の高い領域が現れてしまい、コイル全体としては損失を低く抑えることができない恐れもある。従って、サブコイル４０は、多くても２つでなければならない。
【００５８】
図１８乃至図２０を参照すると、コイル３０ｉ〜３０ｋは夫々サブコイル４０ｉ〜４０ｋを２つ直列接続してなるものである。図１８のコイル３０ｉは、平角線７０をフラットワイズ巻きしてなるコイル部５０ｉ１〜５０ｉ４を２つ積層してなるサブコイル４０ｉを２つ用意し、それらをＺ方向に積層した上で直接に接続してなるものである。図１８において、コイル部５０ｉ１〜５０ｉ４の接続関係は点線で示されている。図１９のコイル３０ｊは、平角線７０をフラットワイズ巻きしてなるコイル部５０ｊ１〜５０ｊ６を３つ積層してなるサブコイル４０ｊを２つ用意し、それらをＺ方向に積層した上で直接に接続してなるものである。図１９において、コイル部５０ｊ１〜５０ｊ６の接続関係は点線で示されている。図２０のコイル３０ｋは、平角線７０をエッジワイズ巻きしてなるコイル部５０ｋ１〜５０ｋ４を２つ同心円状に近接配置してなるサブコイル４０ｋを２つ更に同心円状に近接配置した上で直列に接続してなるものである。図２０において、コイル部５０ｋ１〜５０ｋ４の接続関係は点線で示されている。図１８乃至図２０のいずれにおいても、対をなすサブコイル４０ｉ〜４０ｋ同士に含まれるコイル部の数は互いに等しく、接続関係はサブコイル４０ｉ〜４０ｋ間の境界部分に対して対称となるように構成されている。これにより、コイル３０ｉ〜３０ｋの巻き窓３４ｉ〜３４ｋのＺ方向又はｒ方向のいずれかの両端に電流密度の高い領域６０を効率よく集中させることができる。
【００５９】
以上説明した本実施の形態によるコイル部品のコイルの構造的条件についてまとめると、本実施の形態によるコイル部品のコイルは、２つ以下のサブコイルのみを備えるものである。即ち、コイルは、サブコイルを１つのみからなるものであるか、サブコイルを２つのみからなるものである。コイルが２つのサブコイルからなる場合、それらのサブコイルは、単一の巻き軸を共通の巻き軸とし且つ互いに近接配置されている。
【００６０】
各サブコイルは、１又は複数のコイル部を備えている。一つのサブコイルに含まれるコイル部の数が２以上である場合、それらコイル部は互いに並列に接続され、近接配置されている。例えば、２つのサブコイルを巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）において並置する場合には、それらサブコイルは、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）においてサブコイルを構成するコイル部の接続関係が２つのサブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されていることが好ましい。一方、２つのサブコイルを巻き軸と直交する方向（ｒ方向）において例えば同心円状に配置する場合には、それらサブコイルは、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）においてサブコイルを構成するコイル部の接続関係が２つのサブコイル間の境界を挟んで互いに対称となるように配置されていることが好ましい。
【００６１】
各コイル部は、１層又は２層のソレノイド状に巻回された導線又は１層又は２層のスパイラル状に巻回された導線からなるものである。損失をより低くするためには、各コイル部を１層のソレノイド状に巻回された導線又は１層のスパイラル状に巻回された導線のみで構成することが好ましいが、生産性の観点からは各コイル部を２層のソレノイド状に巻回された導線又は２層のスパイラル状に巻回された導線で構成することが好ましい。但し、例えば、導線をソレノイド状に巻回する場合、巻き軸方向の端部で２度ほど折り返して３層以上としてしまうと層間において無視できない損失が生じてしまう。同様の理由により、コイル部を直列に接続してしまうと、コイル部間において無視できない損失が生じてしまう恐れがある。従って、サブコイルを構成するコイル部が２つ以上である場合、それらコイル部は互いに並列接続されていなければならない。
【００６２】
なお、各コイル部を構成する導線は、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）又は巻き軸と直交する方向（ｒ方向）の少なくともいずれか一方において、コイル部品を駆動する駆動周波数ｆにおける表皮深さδの４倍以下のサイズを有することが必要とされる。即ち、例えば、丸線の場合には表皮深さδの４倍以下の直径を有しており、平角線の場合には表皮深さδの４倍以下の板厚を有していることが必要とされる。より効果的な線間における損失抑制を実現したい場合、導線は、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）又は巻き軸と直交する方向（ｒ方向）の少なくともいずれか一方において、表皮深さδの２倍以下のサイズを有することが好ましい。即ち、丸線の場合には表皮深さδの２倍以下の直径を有していることが好ましく、平角線の場合には表皮深さδの２倍以下の板厚を有していることが好ましい。
【００６３】
かかる構造的条件を満たす本実施の形態によるコイル部品のコイルのいずれの巻き窓においても、コイルに通電した場合の交流電流分布が表面近傍のみに集中することとなる。特に、本実施の形態において図示してきたような例によると、交流電流分布は、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）における巻き窓の両端近傍のみ又は巻き軸と直交する方向（ｒ方向）における巻き窓の両端近傍のみに集中する。いずれの場合にも、巻き窓内部に位置する導線間などにおいて電流密度の高い部分が生じることはなく、従って、巻き窓内部において無視できない損失が生じることを抑制することができる。
【００６４】
特定の方向（上述した例ではＺ方向又はｒ方向）における巻き窓の両端近傍のみに電流密度の高い領域が存在するような偏った電流密度分布を確実に得るため、その特定の方向におけるサブコイルのサイズが所定の条件を満たしていることが好ましい。
【００６５】
例えば、図１２右に示されるように平角線７０をフラットワイズ巻きしてコイル部を構成し、そのコイル部を１つ用いてサブコイルを構成した場合であって、コイルが１つのサブコイルのみからなる場合、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）における平角線７０のサイズ（即ち、平角線７０の幅）の１／２が表皮深さδよりも大きいことが好ましい。図１４を用いて説明したように、２つ以上のコイル部５０ｅを並列接続して近接配置したものは、１つのコイル部と同様の交流電流分布を示す。かかる場合、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）における平角線７０のサイズの総和の１／２が表皮深さδよりも大きいことが好ましい。
【００６６】
また、図１２左に示されるように平角線７０をエッジワイズ巻きしてコイル部を構成し、そのコイル部を１つ用いてサブコイルを構成した場合であって、コイルが１つのサブコイルのみからなる場合、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）における平角線７０のサイズ（即ち、平角線７０の幅）の１／２が表皮深さδよりも大きいことが好ましい。図１５に示されるように２つ以上のコイル部５０ｆを並列接続して近接配置してなるサブコイルの場合、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）における平角線７０のサイズの総和の１／２が表皮深さδよりも大きいことが好ましい。
【００６７】
更に、図１３左に示されるように、丸線７２を１層のソレノイド状に巻回して構成されたコイル部５０ｃであって互いに巻き径（巻き軸から丸線までの距離）の異なるコイル部５０ｃを複数用意して、巻き軸を中心としてそれら複数のコイル部５０ｃを同心円状に配置すると共に互いに並列に接続してサブコイルを構成した場合であって、コイル３０ｃが１つのサブコイルのみからなる場合、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）におけるコイル部５０ｃの丸線７２の直径の総和（即ち、図１３左に示される巻き窓３４ｃのｒ方向のサイズ）の１／２は、表皮深さδよりも大きいことが好ましい。
【００６８】
同様に、図１３右に示されるように、丸線７２を１層のスパイラル状に巻回して構成されたコイル部５０ｄを複数用意して、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）に沿ってそれら複数のコイル部５０ｄを積層すると共に互いに並列に接続してサブコイルを構成した場合であって、コイル３０ｄが１つのサブコイルのみからなる場合、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）におけるコイル部５０ｄの丸線７２の直径の総和（即ち、図１３右に示される巻き窓３４ｄのＺ方向のサイズ）の１／２は、表皮深さδよりも大きいことが好ましい。
【００６９】
図１６及び図１７に示されるように、サブコイル４０を２つ備える場合にあっては、電流密度分布の高い領域が両端に表れるような方向におけるサイズの小さいサブコイル４０と表皮深さδとの関係を調整することが好ましい。
【００７０】
例えば、図１６に示されるコイル３０ｇは、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）にサブコイル４０が積層されており、かかるコイル３０ｇの巻き窓においては巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）の両端に電流密度の高い領域が現れる。このケースにおいて、巻き軸の延びる方向（Ｚ方向）におけるサブコイル４０のサイズｌ１、ｌ２についてサイズｌ１がサイズｌ２よりも小さいときには（ｌ１＜ｌ２）、小さい方のサイズｌ１が表皮深さδよりも大きい（従って、大きい方のサイズｌ２は当然に表皮深さδより大きい）ことが好ましい。
【００７１】
ここで、サブコイル４０のサイズｌ１，ｌ２は、例えば、一本の平角線をフラットワイズ巻きしてなるサブコイルの場合には、平角線の幅（Ｚ方向における平角線のサイズ）に対応している。また、平角線をフラットワイズ巻きしてなるコイル部を複数用いてサブコイルを構成した場合には、平角線の幅（Ｚ方向における平角線のサイズ）の総和となる。例えば、図１８に示されるようなコイル３０ｉにおいて、各サブコイル４０ｉのサイズｌ１，ｌ２は、コイル部５０ｉ１を構成する平角線７０の幅とコイル部５０ｉ２を構成する平角線７０の幅との和又はコイル部５０ｉ３を構成する平角線７０の幅とコイル部５０ｉ４を構成する平角線７０の幅との和となる。
【００７２】
図１７に示されるコイル３０ｈは、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）においてサブコイル４０が同心円状に近接配置されており、かかるコイル３０ｈの巻き窓においては巻き軸と直交する方向（ｒ方向）の両端に電流密度の高い領域が現れる。このケースにおいて、巻き軸と直交する方向（ｒ方向）におけるサブコイル４０のサイズｌ１、ｌ２についてサイズｌ１がサイズｌ２よりも小さいときには（ｌ１＜ｌ２）、小さい方のサイズｌ１が表皮深さδよりも大きい（従って、大きい方のサイズｌ２は当然に表皮深さδより大きい）ことが好ましい。
【００７３】
サブコイル４０のサイズｌ１，ｌ２は、例えば、一本の平角線をエッジワイズ巻きしてなるサブコイルの場合には、平角線の幅（ｒ方向における平角線のサイズ）に対応している。また、平角線をエッジワイズ巻きしてなるコイル部を複数用いてサブコイルを構成した場合には、平角線の幅（ｒ方向における平角線のサイズ）の総和となる。例えば、図２０に示されるようなコイル３０ｋにおいて、各サブコイル４０ｋのサイズｌ１，ｌ２は、コイル部５０ｋ１を構成する平角線７０の幅とコイル部５０ｋ２を構成する平角線７０の幅との和又はコイル部５０ｋ３を構成する平角線７０の幅とコイル部５０ｋ４を構成する平角線７０の幅との和となる。
【００７４】
更に、図１６や図１７に示されるようなコイル３０ｇ，３０ｈを丸線で構成した場合、サブコイル４０のサイズｌ１，ｌ２は、夫々、Ｚ方向やｒ方向（その方向における両端に電流密度の高い領域が存在するような方向）において一列に並べられた丸線の直径の総和となる。
【００７５】
なお、上述したサブコイル４０のサイズｌ１，ｌ２について、所望の交流電流分布を得るためには、大きい方のサイズｌ２が小さい方のサイズｌ１の５倍以下である（即ち、５ｌ１≧ｌ２を満たす）ことが好ましい。
【００７６】
上述したように、本実施の形態によるコイルは巻き窓の表面近傍に電流密度の高い領域を集中させることができる。即ち、コイルにおいて発熱する可能性のある領域を予め特定することができる。従って、その近傍にヒートシンクを配置しておくと、効率的に放熱させることができ、コイルの熱劣化を抑制することができる。図２１に示されるコイル部品１０ｍは、コイル３０ｍと、熱伝導率特性の高いアルミニウムからなるケース８０と、Ｚ方向においてケース８０に隣接して設けられたヒートシンク９０とを備えている。コイル３０ｍは、巻き窓３４ｍのＺ方向（巻き軸の延びる方向）の両端のみに電流密度の高い領域６０を有するものであり、従って、ケース８０を介してヒートシンク９０により効率的に冷却される。
【符号の説明】
【００７７】
１０，１０ｍ        コイル部品
２０        磁性体
３０，３０ａ〜３０ｋ，３０ｍ        コイル
３２        巻き軸
３４，３４ａ〜３４ｆ，巻き窓３４ｉ〜３４ｋ，３４ｍ        巻き窓
４０，４０ｉ〜４０ｋ        サブコイル
５０ｃ〜５０ｆ，５０ｉ〜５０ｋ        コイル部
６０        領域
７０        平角線
７２        丸線
７４        角線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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