(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際も、放熱性に優れた磁気部品を提供する。【解決手段】磁性体コアと、２本以上の巻線を、磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、を備え、巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線３０１、２列目の巻線３０２、と順に番号を付与した場合に、１列目の巻線と２列目の巻線の間に管状冷却部材３０６を備える。あるいは、磁性体コアと、３本以上の巻線を、磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、備え、巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線３０１、２列目の巻線３０２、３列目の巻線３０３、と順に番号を付与した場合に、２列目の巻線と３列目の巻線の間に管状冷却部材３０６を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気部品であって、磁性体コアと、２本以上の巻線を、前記磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、を備え、前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、と順に番号を付与した場合に、前記１列目の巻線と前記２列目の巻線の間に管状冷却部材を備えることを特徴とする磁気部品。
【請求項２】
磁気部品であって、磁性体コアと、３本以上の巻線を、前記磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、を備え、前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、３列目の巻線、と順に番号を付与した場合に、前記２列目の巻線と前記３列目の巻線の間に管状冷却部材を備えることを特徴とする磁気部品。
【請求項３】
前記管状冷却部材は、冷却媒体を流す冷却管であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の磁気部品。
【請求項４】
前記冷却管の中の前記冷却媒体の流れの向きを、周期的に反転させるように制御することを特徴とする請求項３に記載の磁気部品。
【請求項５】
前記管状冷却部材は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の磁気部品。
【請求項６】
前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の本数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、１≦ｋ≦（ｎ−１）を満たす自然数ｋに対して、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、と順に番号を付与し、前記１列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ１、前記２列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ２と順に付与し、最外側であるｎ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｎとし、任意のｋ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｋとした場合に、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１） の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の磁気部品。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気部品を用いて構成したことを特徴とする、ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスやインダクタやリアクトルなどの、磁気部品に関する。特に、太陽光発電システム用パワーコンディショナに用いられる、電圧の昇降圧を行うコンバータ、直流から交流に変換するインバータの出力フィルタ、および、電気自動車の電圧の昇降圧を行うコンバータ、などに用いられる磁気部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム用パワーコンディショナでは、数ｋＷ〜数百ｋＷと大出力であるため、大電流に対応した磁気部品が求められている。また、電気自動車やハイブリッド自動車は、大出力のモータを有しており、これを駆動する電源には、大電流に対応した磁気部品が求められている。一方で、こうした電源においては、小型化や高効率化を実現するために、駆動時のスイッチング周波数が高くなっていく傾向にある。
【０００３】
通常、巻線部を有する磁気部品の駆動時、巻線部においては、巻線の抵抗値と巻線に流れる電流値の２乗（交流電流の場合は、電流実効値の２乗）の積で表される損失（一般に、巻線の材質として銅が使用されるため、巻線での損失は銅損と呼ばれる）が発生する。
【０００４】
銅損には、磁気部品に通電される駆動電流の直流電流成分による直流抵抗損のみならず、交流成分に伴う交流抵抗損がある。特に、スイッチング周波数が高くなると、駆動電流の高周波成分の増加に伴う表皮効果や近接効果の影響により、交流抵抗損が大きくなる。
【０００５】
発生した銅損は、熱として失われるため、磁気部品の巻線部には、発熱および温度上昇が生じる。
【０００６】
したがって、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で磁気部品を駆動すると、大きな銅損が発生するため、効率の低下だけでなく、大きな発熱および温度上昇の増大を招く。磁気部品が高温になると、特性の変化や寿命の短縮を招き、信頼性が低下するため、実用上、大きな発熱への対策が重要である。
【０００７】
一方で、この発熱対策とともに、磁気部品の小型化や低コスト化も重要である。
【０００８】
ここで、磁気部品を大電流で駆動する場合、単線で直列に巻回した巻線構造体にすると、１本の巻線に大きな電流を流すことになり、断面積の大きな導線を使用する必要がある。しかしながら、断面積の大きな導線を使用する場合、高周波成分の表皮効果による交流抵抗損の問題や、巻回して巻線を作製する際の作業効率悪化という問題がある。
【０００９】
その他の巻線として、平角電線が知られているが、平角電線自体特殊であり、高価でかつ作業性が悪いという問題がある。また、バイファイラ巻きと呼ばれる、２本の線を同時に巻く方法が知られているが、２本の線を絡み合うように巻き付けることで、作業性が悪くなるという問題がある。
【００１０】
このような問題に対して、２本以上の巻線を並列に巻回して接続する巻線構造体とすることにより、各並列巻線に電流を分配して、巻線１本当たりの導線の断面積を小さくすることで、高周波成分の表皮効果による交流抵抗損を低下させ、巻線トータルの導線の断面積を等しく保つ、という対策が有効であることが知られている。例えば、特許文献１では、一般にトランスやリアクトルなどの電磁誘導機器に用いられる巻線には、大電流を流す目的もしくは巻線導体内の渦電流損失を低減する目的で、複数の素線導体が並列配置されてなる多並列導体を巻回して構成された多並列導体巻線が用いられていることが、述べられている。
【００１１】
また、磁気部品の発熱および温度上昇への対策として、例えば、特許文献２では、対向し合うコイル間にヒートパイプを配置することにより、良好な放熱特性を有するリアクトルの提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実公平５−４２６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２１２３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１においては、前記並列巻線構造体を備える磁気部品について、発熱や温度上昇までは開示されておらず、前記並列巻線構造体を備える磁気部品において、具体的にどのような発熱対策が有効かについては、明確になっていないという問題があった。
【００１４】
また、特許文献２においては、前記並列巻線構造体を備える磁気部品については開示されておらず、単純に、前記並列巻線構造体にヒートパイプを配置することで、どの程度効率よく放熱するかについては、明確になっていないという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、２本以上の巻線を並列に巻回して接続する巻線構造体を備える磁気部品において、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際も、放熱性に優れた磁気部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するにあたり、本発明者らは、２本以上の巻線を並列に巻回した巻線構造体を備える磁気部品において、巻回された並列巻線の最内側から１列目、２列目、と順に番号を付与した場合に、１列目の巻線の銅損が、他の列と比較して非常に大きく、その結果、特に高温になることを見出した。さらに、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際に、特に、銅損および温度上昇が大きく、顕著な傾向となることを見出した。
【００１７】
以上のような知見に基づき、本発明は、磁気部品であって、磁性体コアと、２本以上の巻線を、前記磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、を備え、前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、と順に番号を付与した場合に、前記１列目の巻線と前記２列目の巻線の間に管状冷却部材を備えることを特徴とする。
【００１８】
あるいは、本発明は、磁気部品であって、磁性体コアと、３本以上の巻線を、前記磁性体コアの周囲に、並列に巻回した巻線構造体と、を備え、前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、３列目の巻線、と順に番号を付与した場合に、前記２列目の巻線と前記３列目の巻線の間に管状冷却部材を備えることを特徴とする。
【００１９】
これらのような構成によれば、前記磁気部品において、特に高温になる巻線間に前記管状冷却部材が配置されているので、前記巻線で発生した熱を効率良く放熱することができる。したがって、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際に、放熱性に優れた前記磁気部品を実現することができる。しかも、前記巻線構造体において、特に高温になる箇所に前記管状冷却部材を設置する構成となっているので、前記磁気部品の温度上昇が抑えられる。また、特に高温になる前記巻線間の箇所に前記管状冷却部材が配置されている簡単な構成であるので、前記磁気部品の小型化や低コスト化が可能である。
【００２０】
その理由は必ずしも明らかではないが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体の場合、１列目の巻線は冷却されるが、その温度は２列目の巻線よりも高いため、２列目の巻線の冷却効果が得られにくい、と考えられる。一方で、前記１列目の巻線と前記２列目の巻線の間に前記管状冷却部材を巻回した前記巻線構造体の場合、前記管状冷却部材が前記１列目の巻線と前記２列目の巻線の両方を冷却する効果があり、温度上昇が小さくなる、と考えられる。さらに、前記２列目の巻線と前記３列目の巻線の間に前記管状冷却部材を巻回した前記巻線構造体の場合、前記管状冷却部材が前記２列目の巻線を冷却することで、前記１列目の巻線と前記２列目の巻線との温度差が大きくなり、その結果、前記１列目の巻線から前記２列目の巻線への放熱効果が高くなり、結果として温度上昇が小さくなる、と考えられる。
【００２１】
また、前記管状冷却部材は、冷却媒体を流す冷却管であることを特徴とする。前記冷却管の中に前記冷却媒体を流すことにより、前記巻線で発生した熱が前記冷却媒体に伝わって、巻線の放熱が行われ、磁気部品の温度上昇が抑えられる。
【００２２】
さらに、前記冷却管の中の前記冷却媒体の流れの向きを、周期的に反転させるように制御することを特徴とする。前記冷却管における前記冷却媒体の吸熱効率は、前記冷却媒体の供給部側よりも排出部側の方が悪い。そこで、前記冷却媒体の流れの向きを周期的に反転させ、前記冷却管に隣接する高温の巻線箇所から、前記冷却媒体の吸熱効率を向上させることにより、磁気部品の温度上昇が抑えられる。
【００２３】
また、前記管状冷却部材は、ヒートパイプとすることを特徴とする。ヒートパイプは、吸熱部から放熱部に熱を輸送する部材であるので、巻線で発生した熱を効率良く放熱することができる。したがって、前記管状冷却部材をヒートパイプとした場合でも、前記冷却媒体を流す前記冷却管の場合と同様の効果が得られる。
【００２４】
また、前記巻線構造体において、巻回された並列巻線の本数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、１≦ｋ≦（ｎ−１）を満たす自然数ｋに対して、最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、と順に番号を付与し、前記１列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ１、前記２列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ２と順に付与し、最外側であるｎ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｎとし、任意のｋ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｋとした場合に、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１）の関係を満たすことを特徴とする。このように、特に高温となる列の巻線に対して、前記管状冷却部材を用いて放熱することに加えて、より耐熱温度の高い耐熱絶縁被覆を有する巻線を使用することにより、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際も、耐熱性に優れた磁気部品を実現することができる。しかも、一般に、耐熱温度の高い耐熱絶縁被覆ほど高価であるため、各列の巻線での温度に応じて、耐熱絶縁被覆の種類を使い分けることで、磁気部品の製造コストも抑えることができる。
【００２５】
また、本発明のユニットは、前記磁気部品を用いて構成されることを特徴とする。前記磁気部品を用いて構成されるので、ユニットとしての温度上昇が抑えられる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際に、放熱性に優れた磁気部品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の磁気部品の一例として、磁性体コアの周囲に巻線を巻回した、リアクトルを模式的に示す斜視図である。
【図２】従来の磁気部品の、５本の巻線を並列に巻回した巻線構造体を模式的に示す斜視断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る磁気部品の巻線構造体において、１列目の巻線と２列目の巻線の間に管状冷却部材を備えた模式的な部分斜視断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る磁気部品の巻線構造体において、２列目の巻線と３列目の巻線の間に管状冷却部材を備えた模式的な部分斜視断面図である。
【図５】本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、磁性体コアの周囲に、管状冷却部材を備えた構造の巻線を巻回した、リアクトルを模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、インダクタを模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、１次巻線と２次巻線のいずれか一方に、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、トランスを模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、１次巻線と２次巻線の両方に、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、トランスを模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品を用いたユニットの一例である、昇圧コンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
まず、比較のために、従来の磁気部品および巻線構造体について説明する。図１は、従来の磁気部品の一例として、磁性体コアの周囲に巻線を巻回した、リアクトルを模式的に示す斜視図である。図１に示すように、リアクトル１００は、磁性体コア１０１と、その周りに電線（耐熱絶縁被覆で覆われた導線）を巻回した巻線１０２および１０３で構成されている。図２は、図１で示したような従来の磁気部品における巻線構造体として、５本の巻線を並列に、４６ターン巻回した場合の巻線構造体２００を模式的に示す斜視断面図である。図２に示すように、巻線構造体２００は、最内側の巻線から順に、１列目の巻線２０１、２列目の巻線２０２、３列目の巻線２０３、４列目の巻線２０４、５列目の巻線２０５で構成されている。なお、図示省略するが、各列の巻線の巻き始め部と巻き終わり部は、巻回部分から外側に引き出され、並列に接続された構成となっている。
【００３０】
本発明者らは、図２で示したような巻線構造体２００を備える磁気部品を、特に、スイッチング周波数を高く、大電流で駆動した際に、内側の列の巻線ほど、特に高温になることを見出した。この知見に基づき、高温になる巻線の間に管状冷却部材を配置した構成にすることで、磁気部品の温度上昇が抑えられることを確認した。
【００３１】
（第１実施形態）
以下に、本発明に係る第１実施形態の磁気部品について、具体的に説明する。
【００３２】
図３は、磁気部品の巻線構造体３００において、１列目の巻線３０１と２列目の巻線３０２の間に管状冷却部材３０６を備えた模式的な部分斜視断面図である。図３に示すように、巻線構造体３００は、５本の巻線が並列に４６ターン巻回されており、最内側の巻線から順に、１列目の巻線３０１、２列目の巻線３０２、３列目の巻線３０３、４列目の巻線３０４、５列目の巻線３０５で構成されている。また、１列目の巻線３０１と２列目の巻線３０２の間には、巻回された管状冷却部材３０６が配置されている。なお、図示省略するが、各列の巻線の巻き始め部と巻き終わり部は、巻回部分から外側に引き出された構成となっている。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は、本発明に係る第２実施形態の磁気部品の巻線構造体４００において、２列目の巻線４０２と３列目の巻線４０３の間に管状冷却部材４０６を備えた模式的な部分斜視断面図である。図４に示すように、巻線構造体４００は、５本の巻線が並列に４６ターン巻回されており、最内側の巻線から順に、１列目の巻線４０１、２列目の巻線４０２、３列目の巻線４０３、４列目の巻線４０４、５列目の巻線４０５で構成されている。また、２列目の巻線４０２と３列目の巻線４０３の間には、巻回された管状冷却部材４０６が配置されている。なお、第１実施形態と同様に、図示省略するが、各列の巻線の巻き始め部と巻き終わり部は、巻回部分から外側に引き出された構成となっている。
【００３４】
図５は、本発明に係る第１および第２実施形態の巻線構造体を備える磁気部品の一例として、磁性体コアの周囲に、管状冷却部材を備えた構造の巻線を巻回した、リアクトルを模式的に示す斜視図である。図５に示すように、リアクトル５００は、磁性体コア５０１と、その周りに巻回した巻線５０２と５０３、および巻線部に備えられた管状冷却部材５０４で構成されている。
【００３５】
第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６は、冷却管で構成されており、その中に図示しない冷却媒体が流れるようになっている。冷却管の中に冷却媒体を流すことによって、巻線で発生した熱は冷却媒体に伝わり、外部に排出されるので、効率良く放熱することができる。さらに、特に高温になる巻線箇所に冷却管を巻き付けるという簡単な構成によって、磁気部品の温度上昇を抑えることができるため、磁気部品の小型化や低コスト化が可能となる。
【００３６】
なお、第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６が冷却管で構成されている場合、図５で示したように、冷却管の巻き始め部と巻き終わり部は、巻回部分から外側に引き出され、冷却管の一端側から供給された冷却媒体が、冷却管の他端側に排出される構成となっている。
【００３７】
さらに、図示しないポンプなどの圧送手段を用いて、冷却管の中を流れる冷却媒体の向きを、周期的に反転させるように制御することによって、効率的な放熱が可能となる。
【００３８】
また、冷却媒体は、液体であれば特に限定されるものではなく、水や油、不凍性で冷却管を腐食させない液体などが利用できる。
【００３９】
また、第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６は、ヒートパイプとしても良い。高温になる巻線箇所にヒートパイプを巻き付けるという簡単な構成により、巻線で発生した熱を効率良く放熱し、温度上昇を抑えることができるため、磁気部品の小型化や低コスト化が可能となる。
【００４０】
なお、同様に、第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６がヒートパイプで構成される場合も、図５で示したように、ヒートパイプの両端部は巻回部分から外側に引き出され、ヒートパイプの両端部から放熱される構成となっている。ここで、より効果的な放熱を行うために、ヒートパイプの両端部に放熱用のフィンを取り付けても良い。
【００４１】
さらに、第１実施形態において、１列目の巻線３０１に使用する耐熱絶縁被覆はポリエステル、２列目の巻線３０２、３列目の巻線３０３、４列目の巻線３０４、５列目の巻線３０５に使用する耐熱絶縁被覆はポリウレタンとなっている。これらの耐熱絶縁被覆の関係は、巻回された並列巻線の本数ｎ＝５であって、１≦ｋ≦（ｎ−１）を満たす自然数ｋに対して、最内側から順に１列目の巻線、２列目の巻線、と順に番号を付与し、１列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ１、２列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴ２と順に付与し、最外側であるｎ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｎとし、任意のｋ列目の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の耐熱温度をＴｋとした場合に、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１）の関係を満たしている。耐熱絶縁被覆を構成する具体的な材料についての一例を、表１に示す。ここで、使用する耐熱絶縁被覆は、表１で挙げたものに限定されるわけではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、選択することができる。なお、表１に記載の耐熱区分とは、ＪＩＳで定義されている耐熱性に関する規格である。
【００４２】
【表１】
2016149481.tif 000003
【００４３】
さらに、第２実施形態において、第１実施形態と同様に、１列目の巻線３０１に使用する耐熱絶縁被覆はポリエステル、２列目の巻線３０２、３列目の巻線３０３、４列目の巻線３０４、５列目の巻線３０５に使用する耐熱絶縁被覆はポリウレタンとなっている。これらの耐熱絶縁被覆の関係は、同様に、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１）の関係を満たしている。
【００４４】
なお、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆の種類は、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１）を満たす範囲において、変更しても良い。例えば、第２実施形態において、１列目の巻線４０１に使用する耐熱絶縁被覆はポリイミド、２列目の巻線４０２に使用する耐熱絶縁被覆はポリアミドイミド、３列目の巻線４０３に使用する耐熱絶縁被覆はポリエステルイミド、４列目の巻線４０４に使用する耐熱絶縁被覆はポリエステル、５列目の巻線４０５に使用する耐熱絶縁被覆はポリウレタンとしても良い。これらの耐熱絶縁被覆の関係は、同様に、Ｔ１≧Ｔｋ≧Ｔ（ｋ＋１）の関係を満たしている。
【００４５】
なお、一般に、トランスやリアクトルなどの受動素子において、巻線間、および、巻線と磁性体コアとの間の電気的絶縁を確保するために、巻線には、導線の周囲が耐熱絶縁被覆で覆われた電線が使用される。素子の設計においては、素子の発熱を考慮して、耐熱絶縁被覆の種類（耐熱温度）が選択される。代表的な耐熱絶縁被覆の種類と耐熱温度の一例については、表１で示した。
【００４６】
第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６の材料としては、高い熱伝導性に加えて、高い絶縁性を有する、非磁性体で構成することが好ましい。熱伝導率としては、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、より好ましくは ２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらに好ましくは ３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。さらに、高い熱伝導性に加えて、高い絶縁性および非磁性体であることの全てを考慮すると、具体的な材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３：熱伝導率が２０〜３０ Ｗ／（ｍ・Ｋ）、以下同様）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ：１００〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化ホウ素（ＢＮ：５０〜６５Ｗ／（ｍ・Ｋ））、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４：４０〜１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））および炭化ケイ素（ＳｉＣ：５０〜１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））などが好ましい。また、ここで挙げた材料のうち、窒化ケイ素は、熱伝導率が高いことに加えて、アルミナや窒化アルミニウムや炭化ケイ素よりも、曲げ強度に優れているので、より好ましい。なお、ここで挙げた材料以外でも、上記の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、選択することができる。
【００４７】
巻線で発生した熱をより効果的に放熱を行うためには、第１実施形態の管状冷却部材３０６は、隣接する１列目の巻線３０１と２列目の巻線３０２に直接触れる構成とすることが好ましい。同様に、第２実施形態の管状冷却部材４０６は、隣接する２列目の巻線４０２と３列目の巻線４０３に直接触れる構成とすることが好ましい。
【００４８】
第１実施形態の管状冷却部材３０６および第２実施形態の管状冷却部材４０６の断面形状としては、特に限定されるものではなく、外形が円形、楕円形、多角形などで、さらに筒状の中空部を有する種々の形態を有するものが利用できる。
【００４９】
第１実施形態の巻線構造体３００および第２実施形態の巻線構造体４００を構成する巻線の断面形状としては、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形などの種々の形態を有するものが利用できる。また、巻線の導線の材質についても、特に限定されるものではなく、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの種々の導電率が高い材料が利用できる。
【００５０】
なお、第１および第２実施形態の磁気部品において、インダクタンスなど所望の電磁気特性を満足させるなどの目的で、磁性体コアを備えている。第１および第２実施形態の磁性体コアは、図５で示したように、巻線の内側に磁路が形成されるように配置されている。磁性体コアの材質としては、特に限定されるものではなく、珪素鋼板、金属圧粉、アモルファス、フェライトなどの種々の軟磁性材料が利用できる。
【００５１】
また、第１および第２実施形態の磁気部品において、磁性体コアと巻線構造体との間に、ボビンが配置されても良い。ボビンを構成する材質としては、特に限定されるものではなく、例えば、合成樹脂などの種々の絶縁性材料が利用できる。
【００５２】
以上、本発明を、実施形態をもとに説明した。実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【００５３】
例えば、図５で示したようなリアクトルの構造ではなく、インダクタやトランスなど他の各種構造への変更も可能である。以下に、他の構造での例をいくつか挙げる。図６は、本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、インダクタを模式的に示す斜視図である。図６に示すように、インダクタ６００は、磁性体コア６０１と、その周りに巻回した巻線６０２、および巻線部に備えられた管状冷却部材６０４で構成されている。図７は、本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、１次巻線と２次巻線のいずれか一方に、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、トランスを模式的に示す斜視図である。図７に示すように、トランス７００は、磁性体コア７０１と、その周りに巻回した巻線７０２、および巻線部に備えられた管状冷却部材７０４で構成されている。なお、巻線７０２の内部は、図示省略するが、１次巻線と２次巻線で構成され、さらに、管状冷却部材７０４が、１次巻線と２次巻線のいずれか一方に、備えられている。図８は、本発明の第１および第２実施形態に係る磁気部品の一例として、１次巻線と２次巻線の両方に、管状冷却部材を備えた巻線構造体を有する、トランスを模式的に示す斜視図である。図８に示すように、トランス８００は、磁性体コア８０１と、その周りに巻回した巻線８０２、および巻線部に備えられた管状冷却部材８０４で構成されている。なお、巻線８０２の内部は、図示省略するが、１次巻線と２次巻線で構成され、さらに、管状冷却部材８０４が、１次巻線と２次巻線の両方に、備えられている。すなわち、トランスの場合、１次巻線と２次巻線のうちの、いずれか一方の巻線あるいは両方の巻線に、本発明を適用することが可能である。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
【００５５】
実施例１として、まず、第１実施形態における巻線構造体の作製方法について説明する。巻線の作製に用いた電線は、全体の断面形状が円形で、導線は、直径が１．２ｍｍの銅、導体の周囲の耐熱絶縁被覆は、厚さが０．０５０ｍｍで、以下に記載する各種類で構成されている。前記巻線構造体３００において、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆は、１列目の巻線３０１に使用する耐熱絶縁被覆はポリエステル、２列目の巻線３０２、３列目の巻線３０３、４列目の巻線３０４、５列目の巻線３０５に使用する耐熱絶縁被覆はポリウレタンとした。
【００５６】
実施例１における巻線構造体３００は、図示しないボビンの巻枠部分に、図３に示すように、まず、最内側から１列目に、巻線３０１として、電線を４６ターン巻回した。次に、巻線３０１の外周に、管状冷却部材３０６を４６ターン巻回した。次に、管状冷却部材３０６の外周に、巻線３０２として、電線を４６ターン巻回した。さらに、巻線３０２の外周に、巻線３０３として、電線を４６ターン巻回した。さらに、巻線３０３の外周に、巻線３０４として、電線を４６ターン巻回した。さらに、巻線３０４の外周に、巻線３０５として、電線を４６ターン巻回した。なお、ボビンは、中空部と巻枠を有する円筒形状の、フェノール樹脂とした。
【００５７】
ここで、管状冷却部材３０６として、冷却媒体を流すための冷却管を用いた。冷却管の構成は、断面形状が円筒形状のアルミナとし、隣接する巻線３０１と巻線３０２と直接接触するようになっている。なお、冷却管に流す冷却媒体は、冷却水とした。
【００５８】
なお、実施例１における磁気部品は、図５で示した構造のリアクトルと同様に、巻線構造体３００を２個備え、磁性体コアの周りに配置した。なお、磁性体コアは、センダストに樹脂を複合させた金属圧粉材で構成した。
【００５９】
また、２個の巻線構造体３００の一方の巻線３０１の一端は他方の巻線３０１の一端と接続され、巻線として直列接続となっている。さらに、巻線３０２、巻線３０３、巻線３０４、巻線３０５も同様に接続されている。さらに、巻線３０１、巻線３０２、巻線３０３、巻線３０４、巻線３０５の他端は、図示しないコンバータなどの回路に接続されており、磁気部品全体としては、並列に５本接続された巻線が９２ターン巻回される構成となっている。
【００６０】
また、冷却管の巻き始め部と巻き終わり部は、図５で示したように巻回部分から外側に引き出され、図示しない冷却装置に接続され、冷却管の一端側から供給された冷却水が、冷却管の他端側に排出され、さらに、その向きが、周期的に反転するように制御されている。なお、２個の巻線構造体３００において、２本の冷却管の各端部は、別々の冷却装置に並列に接続される構成とした。
（実施例２）
【００６１】
実施例２として、図４で示すように、２列目の巻線４０２と３列目の巻線４０３の間に管状冷却部材４０６を巻回して巻線構造体４００とした以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１）
【００６２】
比較例１として、図２で示す従来の磁気部品のように、管状冷却部材を備えない巻線構造体２００とし、冷却装置を備えないことと、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆をいずれもポリウレタンとしたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例２）
【００６３】
比較例２として、図示省略するが、３列目の巻線と４列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例３）
【００６４】
比較例３として、図示省略するが、４列目の巻線と５列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例４）
【００６５】
比較例４として、図示省略するが、５列目の巻線の外側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例５）
【００６６】
比較例５として、図示省略するが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
【００６７】
各実施例および各比較例の磁気部品を、実機に搭載して駆動した際の、前記巻線構造体の各列の巻線における温度上昇について、評価を行った。評価には、本発明に係る磁気部品を搭載したユニットの一例を用いた。図９に、前記ユニットの一例として、太陽光発電システムのパワーコンディショナに使用される、昇圧コンバータの回路図を示す。図９において、昇圧コンバータ９００は、太陽電池の電圧を系統連系に必要な電圧まで昇圧するためのユニットであり、主に、リアクトル９０１、パワー半導体Ｑ１、キャパシタＣ１およびＣ２、ダイオードＤ１、制御回路９０２で構成される。各実施例および各比較例の磁気部品を、図９に示したリアクトル９０１として搭載して、スイッチング周波数を２０ ｋＨｚで駆動した。このとき、リアクトル９０１に流れる電流は、１２ Ａの直流の基本成分に、スイッチング周波数（２０ ｋＨｚ）に起因する高周波のリップル成分が重畳されている。さらに、比較例１以外の磁気部品では、冷却水を、冷却管の一端側から供給して他端側から排出し、その向きを、周期的に反転させるように制御した。また、周囲の環境温度は、室温とした。
【００６８】
以上の条件で、各実施例および各比較例の磁気部品を駆動したときの各列の巻線について、室温からの温度上昇△Ｔを熱電対で測定した。なお、各列の巻線における温度上昇の測定位置は、４６ターンの巻回方向での中央付近となる２３ターン目の巻線とした。評価結果を、表２に示す。
【００６９】
【表２】
2016149481.tif 000004
【００７０】
まず、比較例１では、内側の列の巻線部ほど特に高温になることが確認された。これに対して、実施例１および実施例２では、特に高温であった内側の列の巻線の温度が、大幅に低減しており、優れた放熱性能を有することが確認された。
【００７１】
一方、比較例２〜４では、比較例１において高温であった内側の列の巻線部の温度が、ほとんど低減しなかった。また、比較例５では、内側から１列目の巻線の温度は低減されたが、２列目以降の巻線の温度低減の効果が小さかった。これらの結果から、比較例１〜５は、実施例１〜２よりも、放熱性能に劣ることが確認された。
【００７２】
以上のように、巻線の並列数が５列の場合において、実施例１および実施例２のように、優れた放熱性能を有することが確認された。次に、巻線の並列数を変更した場合も、同様の効果が得られるかどうか確認した。
【００７３】
まず、巻線の並列数が２列の場合について、以下に述べる。
（実施例３）
【００７４】
実施例３として、図示省略するが、巻線の並列数を２列としたことと、巻線を構成する導線の直径を１．９ｍｍとしたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（比較例６）
【００７５】
比較例６として、図示省略するが、比較例１で示した従来の磁気部品のように、管状冷却部材を備えない巻線構造体とし、冷却装置を備えないことと、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆をいずれもポリウレタンとしたこと以外は、実施例３の磁気部品と同一構成とした。
（比較例７）
【００７６】
比較例７として、図示省略するが、２列目の巻線の外側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例３の磁気部品と同一構成とした。
（比較例８）
【００７７】
比較例８として、図示省略するが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例３の磁気部品と同一構成とした。
【００７８】
実施例および各比較例の磁気部品を、実機に搭載して駆動したときの各列の巻線の温度上昇△Ｔについて、巻線の並列数が５列の場合と同様の方法で評価した。評価結果を、表３に示す。
【００７９】
【表３】
2016149481.tif 000005
【００８０】
まず、比較例６では、内側の列の巻線部が特に高温になることが確認された。これに対して、実施例３では、特に高温であった内側の列の巻線の温度が大幅に低減し、また外側の列の巻線の温度も大きく低減しており、優れた放熱性能を有することが確認された。
【００８１】
一方、比較例７では、比較例６において高温であった内側の列の巻線部の温度が、僅かにしか低減しなかった。また、比較例８では、内側の列の巻線の温度は低減されたが、外側の列の巻線の温度低減の効果が小さかった。これらの結果から、比較例６〜８は、実施例３よりも、放熱性能に劣ることが確認された。
【００８２】
次に、巻線の並列数が３列の場合について、以下に述べる。
（実施例４）
【００８３】
実施例４として、図示省略するが、巻線の並列数を３列としたことと、巻線を構成する導線の直径を１．５ｍｍとしたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（実施例５）
【００８４】
実施例５として、図示省略するが、２列目の巻線と３列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例４の磁気部品と同一構成とした。
（比較例９）
【００８５】
比較例９として、図示省略するが、比較例１で示した従来の磁気部品のように、管状冷却部材を備えない巻線構造体とし、冷却装置を備えないことと、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆をいずれもポリウレタンとしたこと以外は、実施例４の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１０）
【００８６】
比較例１０として、図示省略するが、３列目の巻線の外側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例４の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１１）
【００８７】
比較例１１として、図示省略するが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例４の磁気部品と同一構成とした。
【００８８】
各実施例および各比較例の磁気部品を、実機に搭載して駆動したときの各列の巻線の温度上昇△Ｔについて、巻線の並列数が５列の場合と同様の方法で評価した。評価結果を、表４に示す。
【００８９】
【表４】
2016149481.tif 000006
【００９０】
まず、比較例９では、内側の列の巻線部ほど特に高温になることが確認された。これに対して、実施例４および実施例５では、特に高温であった内側の列の巻線の温度が、大幅に低減しており、優れた放熱性能を有することが確認された。
【００９１】
一方、比較例１０では、比較例９において高温であった内側の列の巻線部の温度が、ほとんど低減しなかった。また、比較例１１では、内側から１列目の巻線の温度は低減されたが、２列目以降の巻線の温度低減の効果が小さかった。これらの結果から、比較例９〜１１は、実施例４〜５よりも、放熱性能に劣ることが確認された。
【００９２】
さらに、巻線の並列数が４列の場合について、以下に述べる。
（実施例６）
【００９３】
実施例６として、図示省略するが、巻線の並列数を４列としたことと、巻線を構成する導線の直径を１．３ｍｍとしたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（実施例７）
【００９４】
実施例７として、図示省略するが、２列目の巻線と３列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例６の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１２）
【００９５】
比較例１２として、図示省略するが、比較例１で示した従来の磁気部品のように、管状冷却部材を備えない巻線構造体とし、冷却装置を備えないことと、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆をいずれもポリウレタンとしたこと以外は、実施例６の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１３）
【００９６】
比較例１３として、図示省略するが、３列目の巻線と４列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例６の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１４）
【００９７】
比較例１４として、図示省略するが、４列目の巻線の外側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例６の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１５）
【００９８】
比較例１５として、図示省略するが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例６の磁気部品と同一構成とした。
【００９９】
各実施例および各比較例の磁気部品を、実機に搭載して駆動したときの各列の巻線の温度上昇△Ｔについて、巻線の並列数が５列の場合と同様の方法で評価した。評価結果を、表５に示す。
【０１００】
【表５】
2016149481.tif 000007
【０１０１】
まず、比較例１２では、内側の列の巻線部ほど特に高温になることが確認された。これに対して、実施例６および実施例７では、特に高温であった内側の列の巻線の温度が、大幅に低減しており、優れた放熱性能を有することが確認された。
【０１０２】
一方、比較例１３〜１４では、比較例１２において高温であった内側の列の巻線部の温度が、ほとんど低減しなかった。また、比較例１５では、内側から１列目の巻線の温度は低減されたが、２列目以降の巻線の温度低減の効果が小さかった。これらの結果から、比較例１２〜１５は、実施例６〜７よりも、放熱性能に劣ることが確認された。
【０１０３】
最後に、巻線の並列数が１０列の場合について、以下に述べる。
（実施例８）
【０１０４】
実施例８として、図示省略するが、巻線の並列数を１０列としたことと、巻線を構成する導線の直径を０．８５ｍｍとしたこと以外は、実施例１の磁気部品と同一構成とした。
（実施例９）
【０１０５】
実施例９として、図示省略するが、２列目の巻線と３列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１６）
【０１０６】
比較例１６として、図示省略するが、比較例１で示した従来の磁気部品のように、管状冷却部材を備えない巻線構造体とし、冷却装置を備えないことと、各列の巻線に使用する耐熱絶縁被覆をいずれもポリウレタンとしたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１７）
【０１０７】
比較例１７として、図示省略するが、３列目の巻線と４列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１８）
【０１０８】
比較例１８として、図示省略するが、６列目の巻線と７列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例１９）
【０１０９】
比較例１９として、図示省略するが、９列目の巻線と１０列目の巻線の間に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例２０）
【０１１０】
比較例２０として、図示省略するが、１０列目の巻線の外側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
（比較例２１）
【０１１１】
比較例２１として、図示省略するが、１列目の巻線の内側に管状冷却部材を巻回した巻線構造体としたこと以外は、実施例８の磁気部品と同一構成とした。
【０１１２】
各実施例および各比較例の磁気部品を、実機に搭載して駆動したときの各列の巻線の温度上昇△Ｔについて、巻線の並列数が５列の場合と同様の方法で評価した。評価結果を、表６に示す。
【０１１３】
【表６】
2016149481.tif 000008
【０１１４】
まず、比較例１６では、内側の列の巻線部ほど特に高温になることが確認された。これに対して、実施例８および実施例９では、特に高温であった内側の列の巻線の温度が、大幅に低減しており、優れた放熱性能を有することが確認された。
【０１１５】
一方、比較例１７〜２０では、比較例１６において高温であった内側の列の巻線部の温度が、ほとんど低減しなかった。また、比較例２１では、内側から１列目の巻線の温度は低減されたが、２列目以降の巻線の温度低減の効果が小さかった。これらの結果から、比較例１６〜２１は、実施例８〜９よりも、放熱性能に劣ることが確認された。
【０１１６】
以上のように、本発明に係る磁気部品、および、それを用いて構成したユニットの一例として、太陽光発電システムのパワーコンディショナに使用される、昇圧コンバータにおいて、本発明に係るリアクトルを用いることにより、各実施例で説明したように、リアクトルの温度上昇が抑えられ、その結果として、ユニットとしての昇圧コンバータの温度上昇も抑えられることになり、寿命が延びるとともに、信頼性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の磁気部品は、放熱性や耐熱性に優れた磁気部品として利用することができ、太陽光発電システムなどの各種パワーコンディショナや、電気自動車などのコンバータに利用することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１００・・・リアクトル全体
１０１・・・リアクトルの磁性体コア部
１０２・・・リアクトルの巻線部１
１０３・・・リアクトルの巻線部２
２００・・・並列巻線全体
２０１・・・並列巻線の内側から１列目
２０２・・・並列巻線の内側から２列目
２０２・・・並列巻線の内側から２列目
２０３・・・並列巻線の内側から３列目
２０４・・・並列巻線の内側から４列目
２０５・・・並列巻線の内側から５列目
３００・・・管状冷却部材を備えた並列巻線全体
３０１・・・並列巻線の内側から１列目
３０２・・・並列巻線の内側から２列目
３０３・・・並列巻線の内側から３列目
３０４・・・並列巻線の内側から４列目
３０５・・・並列巻線の内側から５列目
３０６・・・管状冷却部材
４００・・・管状冷却部材を備えた並列巻線全体
４０１・・・並列巻線の内側から１列目
４０２・・・並列巻線の内側から２列目
４０３・・・並列巻線の内側から３列目
４０４・・・並列巻線の内側から４列目
４０５・・・並列巻線の内側から５列目
４０６・・・管状冷却部材
５００・・・管状冷却部材を備えた巻線構造体を有するリアクトル全体
５０１・・・リアクトルの磁性体コア部
５０２・・・リアクトルの巻線部１
５０３・・・リアクトルの巻線部２
５０４・・・リアクトルの巻線部の管状冷却部材
６００・・・管状冷却部材を備えた巻線構造体を有するインダクタ全体
６０１・・・インダクタの磁性体コア部
６０２・・・インダクタの巻線部
６０４・・・インダクタの巻線部の管状冷却部材
７００・・・管状冷却部材を備えた巻線構造体を有するトランス全体
７０１・・・トランスの磁性体コア部
７０２・・・トランスの巻線部
７０４・・・トランスの巻線部の管状冷却部材
８００・・・管状冷却部材を備えた巻線構造体を有するトランス全体
８０１・・・トランスの磁性体コア部
８０２・・・トランスの巻線部
８０４・・・トランスの巻線部の管状冷却部材
９００・・・昇圧コンバータ
９０１・・・リアクトル
９０２・・・制御回路
【図１】
2016149481.tif 000009
【図２】
2016149481.tif 000010
【図３】
2016149481.tif 000011
【図４】
2016149481.tif 000012
【図５】
2016149481.tif 000013
【図６】
2016149481.tif 000014
【図７】
2016149481.tif 000015
【図８】
2016149481.tif 000016
【図９】
2016149481.tif 000017