CN109791833B - 线圈、电抗器及线圈的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种线圈具备：第一卷绕部，呈螺旋状地卷绕第一绕线而成；及第二卷绕部，呈螺旋状地卷绕与上述第一卷绕部电连接的第二绕线而成，且具有与上述第一卷绕部的轴平行的轴，上述第一绕线的截面积大于上述第二绕线的截面积，上述第一卷绕部的匝数小于上述第二卷绕部的匝数。

Description

线圈、电抗器及线圈的设计方法

技术领域

本发明涉及一种线圈、电抗器及线圈的设计方法。

本申请主张基于2016年9月21日的日本申请的特愿2016-184832号的优先权，援引上述日本申请所记载的全部记载内容。

背景技术

作为进行电压的升压动作或降压动作的电路的部件之一，有电抗器。例如，专利文献1的电抗器具备具有一对线圈元件(卷绕部)的线圈及与线圈组合的环状的磁芯。各线圈元件以相互相同的卷绕数形成，以各轴向平行的方式横向排列地并列(说明书0020、图1)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2014-146656号公报

发明内容

本公开的线圈，具备：

第一卷绕部，呈螺旋状地卷绕第一绕线而成；及

第二卷绕部，呈螺旋状地卷绕与上述第一卷绕部电连接的第二绕线而成，且具有与上述第一卷绕部的轴平行的轴，

上述第一绕线的截面积大于上述第二绕线的截面积，

上述第一卷绕部的匝数小于上述第二卷绕部的匝数。

本公开的电抗器，

具备线圈及被上述线圈配置的磁芯，

上述线圈是上述本公开的线圈。

本公开的线圈的设计方法，具备：

温度取得步骤，使线圈的总匝数恒定，其中上述线圈具备呈螺旋状地卷绕第一绕线而成的第一卷绕部及呈螺旋状地卷绕与上述第一卷绕部电连接的第二绕线而成且具有与上述第一卷绕部的轴平行的轴的第二卷绕部，并使各绕线的截面积及各卷绕部的匝数互不相同，求出预定通电条件时的各卷绕部的最高温度；及

选择步骤，选择两个卷绕部中的最高温度较高一方的最高温度为最低的温度时的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

附图说明

图1是示出实施方式1的电抗器的概略的整体立体图。

图2是示出实施方式1的电抗器的概略的俯视图。

图3是示出试验例1的连续通电条件下的各卷绕部的最高温度的曲线图。

图4是示出试验例1的过渡电流通电条件下的各卷绕部的最高温度的曲线图。

具体实施方式

[本公开要解决的课题]

由于电抗器的设置的制约等，一对卷绕部的发热特性有进一步改善的余地。

因此，目的之一是提供一对卷绕部满足特定的发热特性的关系的线圈。

另外，目的之一是提供具备上述线圈的电抗器。

此外，目的之一是提供设计上述线圈的线圈的设计方法。

[本公开的效果]

本公开的线圈的一对卷绕部满足特定的发热特性的关系。

本公开的电抗器的损失低。

本公开的线圈的设计方法能够设计出一对卷绕部满足特定的发热特性的关系的线圈。

《本发明的实施方式的说明》

以往的线圈所具备的一对卷绕部的绕线在截面积相互相同并且匝数相互相同，因此当通过冷却性能实质上没有偏差的冷却部件进行冷却时，被均匀地冷却。但是，由于电抗器的配置的制约等，有可能通过一个卷绕部与另一个卷绕部相比难以被冷却这样的冷却性能有偏差的冷却部件(例如，冷却基座等)对电抗器进行冷却。这样一来，一个卷绕部与另一个卷绕部相比温度变高，电抗器的损失变大。

本发明者认为在通过冷却性能有偏差的冷却部件进行冷却的情况下，为了使一对卷绕部均等地冷却，满足一个卷绕部与另一个卷绕部相比不易发热这样的特定的发热特性的关系即可，针对使两个卷绕部的发热特性互不相同进行了专心研究。其结果是，得到了如下见解：能够通过使构成各卷绕部的各绕线的截面积与各卷绕部的匝数互不相同，而使两个卷绕部的发热特性互不相同。这样一来，将发热特性较大的卷绕部配置于冷却性能较高的一侧，将发热特性较小的卷绕部配置于冷却性能较低的一侧，从而能够均等地冷却一对卷绕部。本发明基于上述见解而作出。首先，列举本发明的实施方式来进行说明。

(1)本发明的一种方式的线圈，具备：

第一卷绕部，呈螺旋状地卷绕第一绕线而成；及

第二卷绕部，呈螺旋状地卷绕与上述第一卷绕部电连接的第二绕线而成，且具有与上述第一卷绕部的轴平行的轴，

上述第一绕线的截面积大于上述第二绕线的截面积，

上述第一卷绕部的匝数小于上述第二卷绕部的匝数。

根据上述结构，对第一卷绕部与第二卷绕部进行比较，关系满足第一卷绕部不易于发热、第二卷绕部容易发热这样的特定的发热特性，满足关系。因此，能够适当地利用于通过冷却性能有偏差的冷却部件进行冷却的电抗器。这是由于，能够通过将第一卷绕部配置于冷却部件的冷却性能较低的一侧，将第二卷绕部配置于冷却部件的冷却性能较高的一侧，来均等地冷却第一卷绕部和第二卷绕部，能够降低线圈的最高温度。能够这样降低线圈的最高温度，因此能够构筑低损失的电抗器。

(2)作为上述线圈的一种方式，可列举上述第一卷绕部的轴向上的长度与上述第二卷绕部的轴向上的长度之差为上述第一卷绕部的轴向上的长度的5％以下。

根据上述结构，第一卷绕部与第二卷绕部的轴向上的长度之差较小，因此如果使第一卷绕部及第二卷绕部的轴向上的长度与磁芯中的被第一卷绕部及第二卷绕部配置的一对内侧芯部的长度实质上相同，则容易构筑无效区较少的电抗器。

(3)作为上述线圈的一种方式，可列举上述第一卷绕部与上述第二卷绕部的匝数之差为10以下。

根据上述结构，第一卷绕部与第二卷绕部的匝数之差较小，因此第一绕线的截面积与第二绕线的截面积相比不会过大，第一卷绕部的匝数与第二卷绕部的匝数相比不会过少，因此第一卷绕部与第二卷绕部的卷绕难易度不易产生偏差。

(4)作为上述线圈的一种方式，可列举上述第一绕线及第二绕线的导体线是扁线，上述第一绕线与上述第二绕线的宽度相同，上述第一绕线与上述第二绕线的厚度互不相同。

根据上述结构，导体线是扁线，各绕线的宽度相同，从而在将该线圈与一对内侧芯部组合时，能够构筑第一卷绕部与第二卷绕部的宽度和高度的偏差较小的电抗器。

(5)本发明的一种方式的电抗器具备线圈及被上述线圈配置的磁芯，其中，

上述线圈是上述(1)至上述(4)中的任一项所述的线圈。

根据上述结构，能够降低损失。这是由于，具备具有不易于发热的第一卷绕部和容易发热的第二卷绕部的线圈，从而即使在冷却该线圈的冷却部件的冷却性能有偏差的情况下，也能够通过将第一卷绕部配置于冷却性能较低的一侧，将第二卷绕部配置于冷却性能较高的一侧，而均匀地冷却第一卷绕部和第二卷绕部，能够降低线圈的最高温度。另外，能够降低线圈的最高温度，因此可增多线圈的周边部件的材质的选项。

(6)本发明的一种方式的线圈的设计方法，具备：

温度取得步骤，使线圈的总匝数恒定，其中上述线圈具备呈螺旋状地卷绕第一绕线而成的第一卷绕部及呈螺旋状地卷绕与上述第一卷绕部电连接的第二绕线而成且具有与上述第一卷绕部的轴平行的轴的第二卷绕部，并使各绕线的截面积及各卷绕部的匝数互不相同，求出预定通电条件时的各卷绕部的最高温度；及

选择步骤，选择两个卷绕部中的最高温度较高一方的最高温度为最低的温度时的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

根据上述结构，能够设计出使第一卷绕部与第二卷绕部满足特定的发热特性的关系的线圈。

《本发明的实施方式的详细内容》

以下，参照附图来说明本发明的实施方式的详细内容。图中的同一附图标记表示同一名称物。实施方式中的说明按线圈、线圈的设计方法、电抗器的顺序进行。

《实施方式1》

〔线圈〕

参照图1、图2来说明实施方式1的线圈C。线圈C具备一对卷绕部21、22。典型的是，该线圈C构成配置于电抗器1(后述)所具备的磁芯3(内侧芯部31)的外周的线圈2(图1)。该线圈C的特征之一在于，各卷绕部21、22的各绕线21w、22w的截面积互不相同并且各卷绕部21、22的匝数互不相同这一点。在此，将线圈2组装于磁芯3而构筑电抗器1，以将电抗器1设置于设置对象时的设置对象侧为下、以设置对象的相反侧为上来进行说明。在图1、图2中，为了方便说明，夸大地示出了两个绕线21w、22w的厚度。

[第一卷绕部、第二卷绕部]

第一卷绕部21是呈螺旋状地卷绕第一绕线21w而成的中空的筒状体，第二卷绕部22是呈螺旋状地卷绕第二绕线22w而成的中空的筒状体，第一卷绕部21与第二卷绕部22电连接。两个卷绕部21、22的配置设为以各轴向平行的方式横向排列(并列)的状态。各卷绕部21、22的端面形状能够适当选择，在此设为使矩形框的角部变圆的形状。第一绕线21w及第二绕线22w能够利用在导体线的外周具备塘瓷(典型的是聚酰胺酰亚胺)等绝缘包覆的包覆线。导体线可列举由铜或铝、其合金这样的导电性材料构成的扁线或圆线。在此，使用包覆扁线作为两绕线21w、22w，各卷绕部21、22设为将包覆扁线扁立卷绕而成的扁绕线圈。

(匝数)

各卷绕部21、22的匝数能够在满足“(第一卷绕部21的匝数)＜(第二卷绕部22的匝数)”的关系的范围内，根据期望的电感而适当选择。第一卷绕部21的匝数小于第二卷绕部22的匝数，从而能够使第一绕线21w的长度比第二绕线22w的长度短。因此，在两个卷绕部21、22的总匝数恒定时，能够使第一绕线21w的电阻小于第二绕线22w的电阻，容易抑制第一绕线21w(第一卷绕部21)的发热。因此，如果在冷却线圈C的冷却部件(省略图示)的冷却性能高的一侧配置比第一卷绕部21容易发热的第二卷绕部22，则容易降低线圈C的损失。即，该线圈C容易构筑损失较少的电抗器1。两个卷绕部21、22的总匝数根据所要求的电感而适当选择。第一卷绕部21与第二卷绕部22的匝数之差能够通过后述的线圈的设计方法来决定。该第一卷绕部21与第二卷绕部22的匝数之差还基于对于线圈C的通电条件和冷却线圈C的冷却部件对各卷绕部21、22的冷却性能之差，例如能够设为10以下。该匝数之差能够设为2以上。

(长度)

各卷绕部21、22的轴向上的长度(下面简称为轴长)L1、L2能够根据期望的电感而适当选择。第一卷绕部21的轴长L1与第二卷绕部22的轴长L2优选的是实质上相同(图2)。第一卷绕部21的轴长L1与第二卷绕部22的轴长L2实质上相等是指第一卷绕部21的轴长L1与第二卷绕部22的轴长L2之差满足第一卷绕部21的轴长L1的5％以下。这样一来，若各卷绕部21、22的轴长L1、L2与配置各卷绕部21、22的内侧芯部31的轴向上的长度实质上相同，则能够构筑无效区较少、实质上没有无效区的电抗器1，能够使电抗器1小型化。

(截面积)

各绕线21w、22w的截面积满足“(第一绕线21w的截面积)＞(第二绕线22w的截面积)”的关系。第一绕线21w的截面积大于第二绕线22w的截面积，从而能够使第一绕线21w的电阻小于第二绕线22w的电阻。因此，如果将比第一卷绕部21容易发热的第二卷绕部22配置于冷却部件的冷却性能高的一侧，则容易构筑损失较少的电抗器1。各绕线21w、22w的截面积、即第一绕线21w与第二绕线22w的截面积之差能够根据各卷绕部21、22的匝数及轴长L1、L2而适当选择。

(尺寸)

各绕线21w、22w的尺寸优选的是满足“(第一绕线21w的宽度W1)＝(第二绕线22w的宽度W2)”的关系且满足“(第一绕线21w的厚度T1)＞(第二绕线22w的厚度T2)”的关系(图2)。宽度W1、W2是指沿着各卷绕部21、22的并列方向的长度，厚度T1、T2是指沿着各卷绕部21、22的轴向的长度。第一绕线21w的宽度W1与第二绕线22w的宽度W2相等是指在组合线圈C与磁芯3而构筑电抗器1时不产生第一卷绕部21与第二卷绕部22的宽度及高度的偏差的程度。第一绕线21w的厚度T1与第二绕线22w的厚度T2之差能够根据两个卷绕部21、22的匝数及轴长L1、L2而适当选择。

(端部)

各卷绕部21、22的轴向上的一端侧(图1纸面右侧)的端部21e、22e向上方伸长，对其前端的绝缘包覆被剥下而露出的导体连接端子部件(省略图示)。线圈C经由该端子部件而与对线圈C进行电力供给的电源等外部装置(省略图示)连接。另一方面，各卷绕部21、22的轴向上的另一端侧(图1纸面左侧)的端部21e、22e相互电连接。该电连接既可以通过直接连接端部21e、22e彼此而进行，也可以经由与第一卷绕部21及第二卷绕部22独立的连接部件而连接。

在直接连接端部21e、22e彼此的情况下，可列举通过使第二卷绕部22的第二绕线22w的端部22e侧弯曲而向第一卷绕部21的第一绕线21w的端部21e侧伸长来连接两端部21e、22e彼此而构成。也可以不使第二绕线22w弯曲而使第一绕线21w弯曲，但由于第二绕线22w的截面积小于第一绕线21w的截面积，因此第二绕线22w比第一绕线21w容易弯曲。关于第二绕线22w的端部22e侧的弯曲方法，既可以如图1所示地折弯，在折回部位处使绕线彼此在厚度方向上局部地重叠，并使绕线22w的延伸方向改变90°，也可以与匝形成部相同地进行扁绕弯曲。另一方面，在经由上述连接部件而连接的情况下，可列举连接部件使用与第一绕线21w或者第二绕线22w相同的线材。端部21e、22e彼此的连接和两端部21e、22e与上述连接部件的连接能够通过焊接(例如，TIG焊接)来进行。

(其他)

各绕线21w、22w能够利用具有由热熔接树脂构成的热熔接层的绕线。在该情况下，在将绕线21w、22w适当卷绕之后，在适当的时期进行加热，使热熔接层熔融，领用热熔接树脂接合相邻的匝彼此。该线圈C由于热熔接树脂部夹在匝之间，因此匝彼此不发生实质的偏移，线圈C不易于变形。构成热熔接层的热熔接树脂例如可列举环氧树脂、硅树脂、不饱和聚酯纤维等热固性树脂。

〔线圈的作用效果〕

根据上述线圈C，满足第一卷绕部21不易于发热、第二卷绕部22容易发热这样的特定的发热特性的关系，因此能够适当地利用于通过冷却性能有偏差的冷却部件进行冷却的电抗器。

〔线圈的设计方法〕

线圈C中的各卷绕部21、22的匝数能够通过具备温度取得步骤和选择步骤的线圈的设计方法来决定。

[温度取得步骤]

在温度取得步骤中，求出预定的通电条件时的各卷绕部的最高温度。此时，准备使各绕线的截面积互不相同并且使各卷绕部的匝数互不相同的多种线圈。其中，各种线圈中的两个卷绕部的总匝数设为恒定。并且，将各种线圈与磁芯组合而制成电抗器，对线圈进行通电来求出各卷绕部的最高温度。关于预定的通电条件，适当选择与线圈的使用状况对应的通电条件即可。各卷绕部的最高温度的求出方法既可以实际测量，也可以使用市场出售的模拟软件。

例如，准备将两个卷绕部的总匝数设为2n的多种(以下的三种)线圈。

·n₁线圈＝A₁卷绕部的匝数是n-1、B₁卷绕部的匝数是n+1

·n₂线圈＝A₂卷绕部的匝数是n-2、B₂卷绕部的匝数是n+2

·n₃线圈＝A₃卷绕部的匝数是n-3、B₃卷绕部的匝数是n+3

在n₁线圈中，A₁卷绕部的匝数＜B₁卷绕部的匝数，两个卷绕部的匝数之差是2，相同地，n₂线圈中的两个卷绕部的匝数之差是4，n₃线圈中的两个卷绕部的匝数之差是6。

关于各卷绕部的轴长，优选的是如上所述地以使两个卷绕部的轴长之差为一个卷绕部的轴长的5％以下的方式调整各绕线的截面积。具体来说，A卷绕部的匝数越少于B卷绕部的匝数(匝数之差越大)，则使A绕线的截面积越大，使B绕线的截面积越小。

即，在n₁线圈中，A₁绕线的截面积＞B₁绕线的截面积，

在n₂线圈中，A₂绕线的截面积＞B₂绕线的截面积，

在n₃线圈中，A₃绕线的截面积＞B₃绕线的截面积，

A绕线的截面积的大小关系是A₁绕线＜A₂绕线＜A₃绕线，

B绕线的截面积的大小关系是B₁绕线＞B₂绕线＞B₃绕线。

[选择步骤]

在选择步骤中，基于温度取得步骤中的最高温度的结果，选择各绕线21w、22w的截面积及各卷绕部21、22的匝数。该选择设为在温度取得步骤中求出的两个卷绕部中的较高的一方的最高温度为最低的温度时的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

例如，在上述n₁线圈、n₂线圈、n₃线圈这三种线圈中，

上述n₁线圈的最高温度的大小关系是A₁卷绕部＜B₁卷绕部，

上述n₂线圈的最高温度的大小关系是A₂卷绕部＜B₂卷绕部，

上述n₃线圈的最高温度的大小关系是A₃卷绕部＜B₃卷绕部，

在较高的一方的最高温度的大小关系是B₁卷绕部＜B₂卷绕部＜B₃卷绕部的情况下，各绕线21w、22w的截面积及各卷绕部21、22的匝数选择上述n₁线圈中的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

〔设计方法的作用效果〕

根据上述线圈的设计方法，能够设计出一对卷绕部满足特定的发热特性的关系的线圈。

〔电抗器〕

上述线圈C能够利用于图1、图2所示的电抗器1的线圈2。电抗器1如在实施方式1的开头中说明的那样，具备线圈2及配置线圈2的磁芯3。线圈2由上述线圈C构成。

[线圈]

线圈2具备上述第一卷绕部21和第二卷绕部22。两个卷绕部21、22在以各轴向平行的方式横向排列(并列)的状态下配置。该线圈2通过冷却部件(省略图示)进行冷却。冷却部件的详细情况在后面叙述，具备冷却第一卷绕部21的第一冷却部及冷却性能比第一冷却部高并且冷却第二卷绕部22的第二冷却部。即，两个卷绕部21、22的配置方式是将第一绕线21w的截面积较大且匝数较少的第一卷绕部21配置于冷却性能低的第一冷却部侧、将第二绕线22w的截面积较小且匝数较多的第二卷绕部22配置于冷却性能高的第二冷却部侧。由此，能够均等地冷却第一卷绕部21和第二卷绕部22，不易于产生两个卷绕部21、22的温度差。

[磁芯]

磁芯3具备配置于各卷绕部21、22的内侧的一对内侧芯部31及未配置线圈2而从线圈2突出(露出)的一对外侧芯部32。磁芯3以夹着分离配置的内侧芯部31的方式配置外侧芯部32，使内侧芯部31的端面与外侧芯部32的内端面接触而形成为环状。通过上述内侧芯部31及外侧芯部32，而在使线圈2励磁时形成闭合磁路。该磁芯3能够利用公知的磁芯。

(内侧芯部)

各内侧芯部31既可以通过将多个柱状的芯件与由相对磁导率比芯件小的材料构成的间隙部交替地层叠配置而成的层叠体构成，也可以不隔着间隙部而由具有卷绕部21、22的轴向上的大致全长的长度的一个柱状的芯件构成。一对内侧芯部31的沿着线圈2的轴向的长度相互相同，与线圈2的轴向上的长度实质上相同。内侧芯部31的形状优选的是设为与卷绕部21、22的内周形状相匹配的形状。在此，内侧芯部31的形状是在卷绕部21、22的轴向的大致全长上具有长度的长方体状，并以沿着使其角部变圆的卷绕部21、22的内周面的方式变圆。

(外侧芯部)

外侧芯部32的形状是具有大致圆顶形状的上表面与下表面的柱状体。外侧芯部32的高度大于内侧芯部31，外侧芯部32的下表面优选的是与线圈2的下表面齐平面。外侧芯部32的高度是指沿着上下方向的长度。

(材质)

内侧芯部31的芯件及外侧芯部32能够利用对软磁性粉末进行压缩成形而成的压粉成形体、包含软磁性粉末和树脂地使树脂固化(硬化)的复合材料(成形固化体)等。

构成软磁性粉末的粒子可列举由纯铁等铁族金属或铁基合金(Fe-Si合金、Fe-Ni合金等)等软磁性金属构成的金属粒子、在金属粒子的外周具备由磷酸盐等构成的绝缘包覆的包覆粒子、由铁素体等非金属材料构成的粒子等。

软磁性粉末的平均粒径例如可列举1μm以上且1000μm以下，进一步地可列举10μm以上且500μm以下。关于该平均粒径，能够通过取得SEM(扫描型电子显微镜)中的剖视图像，并使用市场出售的图像分析软件进行分析来进行。此时，将当量圆直径设为软磁性粒子的粒径。当量圆直径是指确定粒子的轮廓，具有与由该轮廓包围的面积S相同的面积的圆的直径。即，表示为当量圆直径＝2×{上述轮廓内的面积S/π}^1/2。

上述复合材料的树脂例如可列举环氧树脂、苯酚树脂、硅树脂、聚氨酯树脂等热固性树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚酰胺(PA)树脂(例如，尼龙6、尼龙66、尼龙9T等)、液晶聚合物(LCP)、聚酰亚胺树脂、氟树脂等热塑性树脂、常温固化性树脂、低温固化性树脂等。此外，能够利用将碳酸钙、玻璃纤维混合于不饱和聚酯纤维而成的BMC(Bulk molding compound：团状模塑料)、混炼型硅橡胶、混炼型聚氨酯橡胶等。

复合材料中的树脂的含量可列举20体积％以上且70体积％以下。树脂的含量越少、即软磁性粉末的含量越多，则越能够期待饱和磁通密度的提高、散热性的提高，树脂的含量的上限能够设为50体积％以下，进一步地能够设为45体积％以下、40体积％以下。如果树脂的含量多到一定程度、即软磁性粉末的含量少到一定程度，则在将复合材料的原料(原料混合物)填充到成形模时，流动性优良，容易填充到成形模，能够期待制造性的提高，树脂的含量的下限能够设为25体积％以上，进一步地能够设为30体积％以上。

上述复合材料除了软磁性粉末及树脂以外，还能够含有由氧化铝或二氧化硅等陶瓷这样的非磁性材料构成的填充物粉末。在该情况下，例如可提高散热性。复合材料中的填充物粉末的含量可列举0.2质量％以上且20质量％以下，进一步地可列举0.3质量％以上且15质量％以下、0.5质量％以上且10质量％以下。

[冷却部件]

如上所述，冷却部件具备冷却性能不同的第一冷却部和第二冷却部。该第一冷却部和第二冷却部可以是具有不同的冷却性能的多个部件，但也可以是一组冷却板，但使制冷剂的流路仅处于冷却板的一部分等，根据区域不同而冷却性能有差别。第一冷却部与第二冷却部的冷却性能的高低差可列举设为能够均等地冷却第一卷绕部21和第二卷绕部22的程度的差。例如，第一冷却部的冷却性能(W)与第二冷却部的冷却性能(W)之比可列举满足1：2～1：20左右。

[用途]

电抗器1能够适当地利用于搭载于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等车辆的车载用转换器(代表地说，DC-DC转换器)、空调机的转换器等各种转换器、电力变换装置的构成部件。

〔电抗器的作用效果〕

根据上述电抗器1，具备具有不易于发热的第一卷绕部21和容易发热的第二卷绕部22的线圈2，从而在冷却线圈2的冷却部件的冷却性能有偏差的情况下，能够减少损失。

《试验例1》

对于具备一对卷绕部的多种线圈，通过模拟求出预定的通电条件时的各卷绕部的最高温度。在模拟中，根据导体部的体积固有电阻、截面积、长度、各卷绕部的电流来运算出发热量。

准备具备将由包覆扁线构成的A绕线呈螺旋状地卷绕而成的A卷绕部及将由与A绕线材质相同的包覆扁线构成的B绕线呈螺旋状地卷绕而成的B卷绕部的以下五种线圈。上述线圈的两个卷绕部的总匝数设为2n(恒定)。

·n₀线圈＝A₀卷绕部的匝数是n、B₀卷绕部的匝数是n

·n₁线圈＝A₁卷绕部的匝数是n-1、B₁卷绕部的匝数是n+1

·n₂线圈＝A₂卷绕部的匝数是n-2、B₂卷绕部的匝数是n+2

·n₃线圈＝A₃卷绕部的匝数是n-3、B₃卷绕部的匝数是n+3

·n₄线圈＝A₄卷绕部的匝数是n-4、B₄卷绕部的匝数是n+4

在n₀线圈中，A₀卷绕部的匝数＝B₀卷绕部的匝数，两个卷绕部的匝数之差为0，在n₁线圈中，A₁卷绕部的匝数＜B₁卷绕部的匝数，两个卷绕部的匝数之差为2，相同地，n₂线圈中的两个卷绕部的匝数之差为4，n₃线圈中的两个卷绕部的匝数之差为6，n₄线圈中的两个卷绕部的匝数之差为8。

在此，以使A卷绕部与B卷绕部的轴长之差为A卷绕部的轴长的5％以下的方式，调整A绕线和B绕线的截面积(厚度)。A绕线与B绕线的宽度设为相同。具体来说，A卷绕部的匝数越少于B卷绕部的匝数(匝数之差越大)，则使A绕线的截面积(厚度)越大，使B绕线的截面积(厚度)越小。

即，在n₀线圈中，A₀绕线的截面积＝B₀绕线的截面积，

在n₁线圈中，A₁绕线的截面积＞B₁绕线的截面积，

在n₂线圈中，A₂绕线的截面积＞B₂绕线的截面积，

在n₃线圈中，A₃绕线的截面积＞B₃绕线的截面积，

在n₄线圈中，A₄绕线的截面积＞B₄绕线的截面积，

A绕线的截面积的大小关系是A₀绕线＜A₁绕线＜A₂绕线＜A₃绕线＜A₄绕线，

B绕线的截面积的大小关系是B₀绕线＞B₁绕线＞B₂绕线＞B₃绕线＞B₄绕线。

将各线圈的卷绕部组装于磁芯的内侧芯部而构筑电抗器，对各线圈通电来求出各卷绕部的最高温度。通电条件是将x安培(A)的电流设为连续地通电的连续电流、将y安培(A)的电流(x＜y)设为z秒(sec)通电的过渡电流这两个。在此，设为在对A卷绕部与B卷绕部的冷却性能互不相同的状况下。具体来说，使冷却B卷绕部的B冷却部的冷却性能高于冷却A卷绕部的A冷却部的冷却性能。

在图3中示出连续通电条件下的各卷绕部的最高温度的结果，在图4中示出过渡电流通电条件下的各卷绕部的最高温度的结果。图3、图4所示的曲线图的上侧的横轴表示A卷绕部的匝数，下侧的横轴表示B卷绕部的匝数，纵轴表示温度(℃)。纵轴的温度表示以“m(℃)”为基准而比m(℃)高出多大程度。图3、图4中的“×”记号表示A卷绕部的结果，“涂黑四边形”记号表示B卷绕部的结果。

如图3、图4所示，可知尽管冷却B卷绕部的B冷却部的冷却性能高于冷却A卷绕部的A冷却部的冷却性能，但无论在连续通电及过渡电流通电中的哪一种通电条件下，虽然匝数有差异，但都分别以特定的匝数为界而A卷绕部的最高温度与B卷绕部的最高温度的大小关系反转。

具体来说，可知在上述连续通电条件下，如图3所示，A卷绕部的匝数以n-2与n-3之间为界、B卷绕部的匝数以n+2与n+3之间为界，而A卷绕部的最高温度与B卷绕部的最高温度的大小关系反转。在A卷绕部的匝数是n～n-2、B卷绕部的匝数是n～n+2的情况下，A卷绕部的最高温度高于B卷绕部的最高温度，在A卷绕部的匝数是n-3～n-4、B卷绕部的匝数是n+3～n+4的情况下，B卷绕部的最高温度高于A卷绕部的最高温度。

如图3所示，在上述连续通电条件下，各线圈中的两个卷绕部的最高温度的大小关系如下所述。

n₀线圈的最高温度的大小关系：A₀卷绕部＞B₀卷绕部

n₁线圈的最高温度的大小关系：A₁卷绕部＞B₁卷绕部

n₂线圈的最高温度的大小关系：A₂卷绕部＞B₂卷绕部

n₃线圈的最高温度的大小关系：A₃卷绕部＜B₃卷绕部

n₄线圈的最高温度的大小关系：A₄卷绕部＜B₄卷绕部

较高的一方的最高温度的大小关系是B₃卷绕部＜B₄卷绕部＜A₂卷绕部＜A₁卷绕部＜A₀卷绕部。根据图3可知n₃线圈中的两个卷绕部中的较高的一方的最高温度是最低的温度。即，可知在上述连续通电条件下，各绕线的截面积及各卷绕部的匝数选择n₃线圈中的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数即可。

另一方面，可知在上述过渡电流通电条件下，如图4所示，A卷绕部的匝数以n-1与n-2之间为界、B卷绕部以n+1与n+2之间为界，而A卷绕部的最高温度与B卷绕部的最高温度的大小关系反转。在A卷绕部的匝数是n～n-1、B卷绕部的匝数是n～n+1的情况下，A卷绕部的最高温度高于B卷绕部的最高温度，在A卷绕部的匝数是n-2～n-4、B卷绕部的匝数是n+2～n+4的情况下，B卷绕部的最高温度高于A卷绕部的最高温度。

如图4所示，在上述过渡电流通电条件下，各线圈中的两个卷绕部的最高温度的大小关系如下所述。

n₀线圈的最高温度的大小关系：A₀卷绕部＞B₀卷绕部

n₁线圈的最高温度的大小关系：A₁卷绕部＞B₁卷绕部

n₂线圈的最高温度的大小关系：A₂卷绕部＜B₂卷绕部

n₃线圈的最高温度的大小关系：A₃卷绕部＜B₃卷绕部

n₄线圈的最高温度的大小关系：A₄卷绕部＜B₄卷绕部

较高的一方的最高温度的大小关系是A₁卷绕部＜B₂卷绕部＜A₀卷绕部＜B₃卷绕部＜B₄卷绕部。根据图4可知n₁线圈中的两个卷绕部中的较高的一方的最高温度是最低的温度。即，可知在上述过渡电流通电条件下，各绕线的截面积及各卷绕部的匝数最好选择n₁线圈中的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

本发明不限定于上述示例，而通过权利要求书来表示，旨在包括与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。

附图标记说明

C 线圈

21 第一卷绕部

21w 第一绕线

21e 端部

22 第二卷绕部

22w 第二绕线

22e 端部

1 电抗器

2 线圈

3 磁芯

31 内侧芯部

32 外侧芯部。

Claims (7)

1.一种线圈，具备：

第一卷绕部，呈螺旋状地卷绕第一绕线而成；及

第二卷绕部，呈螺旋状地卷绕与所述第一卷绕部电连接的第二绕线而成，且具有与所述第一卷绕部的轴平行的轴，

所述第一卷绕部与所述第二卷绕部横向排列地配置，

所述第一绕线的截面积大于所述第二绕线的截面积，

所述第一卷绕部的匝数小于所述第二卷绕部的匝数。

2.根据权利要求1所述的线圈，其中，

所述第一卷绕部的轴向上的长度与所述第二卷绕部的轴向上的长度之差为所述第一卷绕部的轴向上的长度的5％以下。

3.根据权利要求1所述的线圈，其中，

所述第一卷绕部与所述第二卷绕部的匝数之差为10以下。

4.根据权利要求2所述的线圈，其中，

所述第一卷绕部与所述第二卷绕部的匝数之差为10以下。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的线圈，其中，

所述第一绕线及第二绕线的导体线是扁线，

所述第一绕线与所述第二绕线的宽度相同，

所述第一绕线与所述第二绕线的厚度互不相同。

6.一种电抗器，具备线圈及被所述线圈配置的磁芯，

所述线圈是权利要求1至5中的任一项所述的线圈。

7.一种线圈的设计方法，具备：

温度取得步骤，准备多种线圈，使各线圈的总匝数恒定，其中所述线圈具备呈螺旋状地卷绕第一绕线而成的第一卷绕部及呈螺旋状地卷绕与所述第一卷绕部电连接的第二绕线而成且具有与所述第一卷绕部的轴平行的轴的第二卷绕部，并使各线圈的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数互不相同，求出所述多种线圈的预定通电条件时的各卷绕部的最高温度；及

选择步骤，从所述多种线圈选择两个卷绕部中的最高温度较高一方的最高温度为最低的温度时的线圈的各绕线的截面积及各卷绕部的匝数。

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