JP2005310864A

JP2005310864A - コイル部品

Info

Publication number: JP2005310864A
Application number: JP2004122566A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Imanishi; 恒次今西; Shusuke Uematsu; 秀典植松
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】ＣＰＵの駆動用ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを生じるコイル部品を得ることを目的としている。
【解決手段】磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心１１と、この磁心１１に埋設したコイル１２とを備え、コイル１２は直線状の平板からなる銅製の導体であって、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの成形密度を、導体の側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの成形密度よりも大きくしており、導体は、導体の延伸方向を折曲軸として多層に折曲した構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器等に用いるコイル部品に関するものである。

以下、従来のコイル部品について図面を参照しながら説明する。

図１１は従来のコイル部品の断面図、図１２は同コイル部品に用いるコイルの斜視図、図１３は同コイル部品を搭載した電子機器のブロック図、図１４は同コイル部品のマルチフェーズ回路の等価回路図である。

従来のコイル部品は図１１、図１２に示すように、磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心１と、この磁心１に埋設した１つのコイル２と、このコイル２の両端を延設し、磁心１より突出させて形成した端子部３とを備えている。このコイル２は導体を螺旋状に巻回したものである。

上記のコイル部品は、例えば、図１３に示すように、情報端末装置に用いるＣＰＵ４の駆動電源回路に用いる。この駆動電源回路は、ＣＰＵ４を動作するための電力を供給するために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路５を有するマルチフェーズ回路６からなり、各々のＤＣ−ＤＣコンバータ回路５にチョッパーチョークコイル７用として上記のコイル部品を用いている。ＣＰＵ４への供給電流は数十アンペア程度の大電流が必要なので、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路５を並列駆動して大電流を得ている。

各々のコイル部品に埋設されたコイル２は単独で各々のＤＣ−ＤＣコンバータ回路５における電圧変換用のコイル部品として機能している。

マルチフェーズ回路６の等価回路は図１４に示す通りである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−２５２１２０号公報

近年、ＣＰＵ４の高速化に伴いＤＣ−ＤＣコンバータ回路の駆動周波数を高くして電力供給の過渡応答性を向上させるために微小インダクタンスを必要としているが、上記従来の構成ではコイル２のインダクタンスが大きくて、適切なインダクタンスを得ることができないという問題点を有していた。

また、高周波大電流を得るために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路５には各々にチョッパーチョークコイル７を用いているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路５の数だけチョッパーチョークコイル７が必要となり、実装面積が増大するという問題を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、実装面積を増大することなく、ＣＰＵの駆動周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを有するコイル部品を得ることを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。

本発明の請求項１記載の発明は、特に、コイルは直線状の導体であって、前記導体の上下面に対向した磁心の対向部の成形密度を、前記導体の側面に対向した前記磁心の対向部の成形密度よりも大きくした構成である。

上記構成により、コイルは直線状の導体としたので、ＣＰＵの駆動周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを得ることができる。

特に、導体の上下面に対向した磁心の対向部の成形密度を、導体の側面に対向した磁心の対向部の成形密度よりも大きくしているので、導体の上下面に対向した磁心の対向部の飽和磁束密度を、導体の側面に対向した磁心の対向部の飽和磁束密度よりも大きくすることができる。すなわち、コイル部品を低背化するために、導体の上下面と磁心の表面との距離を非常に縮小しても、その部分における磁束が通りにくくなることがなく磁束を円滑に通すことができ、微小インダクタンスを得ることができる。

本発明の請求項２記載の発明は、特に、導体を併設した構成である。

上記構成により、複数のコイル部品の機能を一体化することができる。すなわち、ＣＰＵの駆動のために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を用いたマルチフェーズ回路においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の数だけコイル部品を必要とせず、複数のコイル部品の機能を１つのコイル部品で果たすことができ、実装面積を低減することができる。

本発明の請求項３記載の発明は、特に、導体を延設して端子とした構成である。

上記構成により、導体の端部を端子として用いることができ、導体と端子との接続部分等が形成されないので、形成が容易であり大電流に対して信頼性が高い。

本発明の請求項４記載の発明は、特に、導体を複数設けるとともに、その端部を接続した構成である。

上記構成により、請求項１記載のコイル部品に比べてインダクタンスを大きくでき、得られる微小インダクタンスの選択範囲を拡大することができる。また、実装基板で接続する必要がないことから、信頼性を向上するとともに、発熱も少なく、直流抵抗を安定化させることもできる。

本発明の請求項５記載の発明は、特に、導体は上下面の幅寸法を側面の幅寸法よりも大きくするとともに、前記導体の上下面に対向した磁心の対向部の対向厚みを側面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みよりも厚くした構成である。

上記構成により、導体の上下面に対向する対向部と導体の側面に対向する対向部との磁束密度分布を均一化することができ、小型化を図った際に、磁気飽和を生じにくくさせ、しかも低リーケージフラックス化させることができる。

本発明の請求項６記載の発明は、特に、導体は上下面の幅寸法よりも側面の幅寸法を大きくするとともに、前記導体の上下面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みよりも側面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みを厚くした構成である。

本発明の請求項７記載の発明は、特に、磁心は、熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを前記熱硬化性樹脂が完全硬化しない非加熱状態で混合し加圧成形した２個の圧粉体を、前記コイルを挟み込むように再加圧成形し前記熱硬化性樹脂を完全硬化させて形成した構成である。

上記構成により、コイルは２個の圧粉体で挟み込むように再加圧成形して形成するので、磁心の内部におけるコイルの位置決めを的確に行うことができるとともに、成形密度をねらい通り制御することが容易で、その結果、磁束密度分布をより均一化して、磁気飽和を生じにくくさせることができる。

以上のように本発明によれば、コイルは直線状の導体としたので、ＣＰＵの駆動周波数を高くしたとしても適切に機能する微小インダクタンスを有するコイル部品を提供することができる。

また、磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心にコイルを埋設しているので、磁心の磁気回路の一部にギャップを形成しなくても磁気飽和を高めることができる。特に、磁心に複数のコイルを配置する場合でも、磁気飽和を高めるためにギャップを形成する必要がないので、ギャップから生じるリーケージフラックスどうしの相互磁気干渉等もなく、相互磁気干渉を防止するための複雑なギャップ構成をとる必要もない。

以下、本発明の実施の形態を用いて、本発明の全請求項に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるコイル部品の断面図、図２は同コイル部品の透視斜視図、図３は同コイル部品における折曲軸で折曲する前のコイルの斜視図、図４は同コイル部品を搭載した電子機器のブロック図、図５は同コイル部品のマルチフェーズ回路の等価回路図である。

図１〜図３において、本発明の一実施の形態におけるコイル部品は、磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心１１と、この磁心１１に埋設したコイル１２とを備えている。このコイル１２は直線状の平板からなる銅製の導体であって、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの成形密度を、導体の側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの成形密度よりも大きくしている。

また、導体を２本併設して設けるとともに、各々の導体は延設して端子１６としている。特に、導体は、導体の延伸方向を折曲軸１７として多層に折曲し、折曲した導体の折曲軸１７方向に対する断面形状は、導体の上下面１４の幅寸法（Ｔ１）を側面１５の幅寸法（Ｔ２）よりも大きくするようにしている。そして、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの対向厚み（Ｗ１）を側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの対向厚み（Ｗ２）よりも厚くしている。折曲軸１７は互いに対向させても対向させなくてもよい。

ここで用いる磁心１１は、熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを熱硬化性樹脂が完全硬化しない非加熱状態で混合し０．５〜１ｔ／ｃｍ²程度で加圧成形した２個の圧粉体を、コイル１２を挟み込むように３〜５ｔ／ｃｍ²程度で再加圧成形し熱硬化性樹脂を完全硬化させて形成したものである。

上記のコイル部品は、図４に示すように、情報端末装置に用いるＣＰＵ１８の駆動電源回路に用いる。この駆動電源回路は、ＣＰＵ１８を動作するための電力を供給するために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０を有するマルチフェーズ回路１９からなり、各々のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０にチョッパーチョークコイル２１用として上記のコイル部品を用いている。ＣＰＵ１８への供給電流は数十アンペア程度の大電流が必要なので、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０を並列駆動して大電流を得ている。

各々のコイル部品に埋設されたコイル１２は単独で各々のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０における電圧変換用のコイル部品として機能している。

マルチフェーズ回路１９の等価回路は図５に示す通りである。

上記構成により、コイル１２は直線状の導体としたので、ＣＰＵ１８の駆動周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを得ることができる。

特に、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの成形密度を、導体の側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの成形密度よりも大きくしているので、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの飽和磁束密度を、導体の側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの飽和磁束密度よりも大きくすることができる。すなわち、コイル部品を低背化するために、導体の上下面１４と磁心１１の表面との距離を非常に縮小しても、その部分における磁束が通りにくくなることがなく磁束を円滑に通すことができ、微小インダクタンスを得ることができる。

また、磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心１１にコイル１２を埋設しているので、磁心１１の磁気回路の一部にギャップを形成しなくても磁気飽和を高めることができる。すなわち、磁心１１に複数のコイル１２を配置する場合でも、磁気飽和を高めるためにギャップを形成する必要がなくなり、ギャップより生じるリーケージフラックスどうしの相互磁気干渉等がなく、相互磁気干渉を防止するための複雑なギャップ構成をとる必要もなくなる等、コイル１２の相互干渉を抑制できる。

さらに、導体の端部を端子１６として用いることができ、導体と端子１６との接続部分等が形成されないので形成が容易である。特に、導体は併設しているので、複数のコイル部品の機能を一体化することができる。すなわち、ＣＰＵ１８の駆動のために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０を用いたマルチフェーズ回路１９においても、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２０の数だけコイル部品を必要とせず、複数のコイル部品の機能を１つのコイル部品で果たせ、実装面積を低減することができる。

この導体は上下面１４の幅寸法（Ｔ１）を側面１５の幅寸法（Ｔ２）よりも大きくするとともに、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの対向厚み（Ｗ１）を側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの対向厚み（Ｗ２）よりも厚くしているので、導体の上下面１４に対向する対向部１３Ａと導体の側面１５に対向する対向部１３Ｂとの磁束密度分布を均一化することができ、小型化を図った際に、磁気飽和を生じにくくさせることができる。

特に、コイル１２は２個の圧粉体で挟み込むように再加圧成形して形成するので、磁心１１の内部におけるコイル１２の位置決めを的確に行うことができるとともに、成形密度をねらい通り制御することが容易で、その結果、磁束密度分布をより均一化して、磁気飽和を生じにくくさせ、しかも低リーケージフラックス化させることができる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を用いたＣＰＵ等の電源回路では、ＣＰＵのクロック周波数の高速化に伴い、その動作周波数を高くする必要があり、コイル部品は大電流に対応する直流低損失特性に加え、高周波低損失特性が要求される。このため、特に、直流領域と高周波領域におけるインピーダンス特性の低減が重要となるが、導体の延伸方向を折曲軸１７として多層に折曲しているので、導体断面積が増え、直流抵抗が下がるので直流抵抗損失が低減できる。また、高周波電流の通経路となる導体の表面部分の面積が増えるので、表皮効果により、高周波インピーダンスの低減を図ることができ、高周波抵抗損失も低減できる。

このように本発明の一実施の形態によれば、ＣＰＵ１８の駆動周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを得ることができる。

なお、本発明の一実施の形態では、多層に折曲した導体は上下面１４の幅寸法（Ｔ１）を側面１５の幅寸法（Ｔ２）よりも大きくするとともに、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの対向厚み（Ｗ１）を側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの対向厚み（Ｗ２）よりも厚くしたが、図６に示すように、導体は上下面１４の幅寸法（Ｔ１）よりも側面１５の幅寸法（Ｔ２）を大きくするとともに、導体の上下面１４に対向した磁心１１の対向部１３Ａの対向厚み（Ｗ１）よりも側面１５に対向した磁心１１の対向部１３Ｂの対向厚み（Ｗ２）を厚くしてもよい。この場合は、導体の上下面１４に対向する対向部１３Ａと導体の側面１５に対向する対向部１３Ｂとの磁束密度分布を均一化することができ、小型化を図った際に、磁気飽和を生じにくくさせることができる。特に、導体の上下面１４の幅寸法（Ｔ１）が側面１５の幅寸法（Ｔ２）と略同等である場合、すなわち、多層に折曲した導体の折曲軸１７方向に対する断面形状が略正方形になれば、導体の磁路長（導体の周回の長さ）が短くなり、より小型化が図れる。

また、図７に示すように、複数の導体は、その端部を接続してもよく、この場合は、微小インダクタンスの選択範囲を拡大することができ、かつ、実装基板で接続する必要がなくなり、信頼性を向上するとともに、発熱も少なく、直流抵抗を安定化させることができる。なお、接続部はプリント配線板へ安定固定のためのダミー端子としても活用できるし、放熱効果を得ることは言うまでもない。

さらに、図８に示すように、導体は複数本を併設せずに１本のみを磁心１１に埋設してもよく、図９や図１０に示すように、導体は用途に合わせて、多層に折曲していないものでもよい。

以上のように本発明にかかるコイル部品は、ＣＰＵの駆動周波数を高くしても適切に機能する微小インダクタンスを得ることが可能となるので、各種電子機器等に用いるコイル部品等に適用できる。

本発明の一実施の形態におけるコイル部品の断面図同コイル部品の透視斜視図同コイル部品における折曲軸で折曲する前のコイルの斜視図同コイル部品を搭載した電子機器のブロック図同コイル部品のマルチフェーズ回路の等価回路図他のコイルを磁心に埋設したコイル部品の断面図導体の端部を接続したコイル部品の斜視図他のコイルを磁心に埋設したコイル部品の斜視図他のコイルを磁心に埋設したコイル部品の斜視図他のコイルを磁心に埋設したコイル部品の斜視図従来のコイル部品の断面図同コイル部品に用いるコイルの斜視図同コイル部品を搭載した電子機器のブロック図同コイル部品のマルチフェーズ回路の等価回路図

符号の説明

１１磁心
１２コイル
１３対向部
１４上下面
１５側面
１６端子
１７折曲軸
１８ＣＰＵ
１９マルチフェーズ回路
２０ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
２１チョッパーチョークコイル

Claims

磁性材料を粉末にして表面を絶縁皮膜で覆い、結合剤を混ぜて加圧成形した磁心と、前記磁心に埋設したコイルとを備え、前記コイルは直線状の導体であって、前記導体の上下面に対向した前記磁心の対向部の成形密度を、前記導体の側面に対向した前記磁心の対向部の成形密度よりも大きくしたコイル部品。
前記導体を併設した請求項１記載のコイル部品。
前記導体を延設して端子とした請求項１記載のコイル部品。
前記導体を複数設けるとともに、その端部を接続した請求項１記載のコイル部品。
前記導体は上下面の幅寸法を側面の幅寸法よりも大きくするとともに、前記導体の上下面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みを側面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みよりも厚くした請求項１記載のコイル部品。
前記導体は上下面の幅寸法よりも側面の幅寸法を大きくするとともに、前記導体の上下面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みよりも側面に対向した前記磁心の対向部の対向厚みを厚くした請求項１記載のコイル部品。
前記磁心は、熱硬化性樹脂を含有した結合剤と磁性粉末とを前記熱硬化性樹脂が完全硬化しない非加熱状態で混合し加圧成形した２個の圧粉体を、前記コイルを挟み込むように再加圧成形し前記熱硬化性樹脂を完全硬化させて形成した請求項１記載のコイル部品。