JP2005310865A - コイル部品 - Google Patents
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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
【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9は従来のコイル部品の断面図、図10は同コイル部品に用いるコイルの斜視図、図11は同コイル部品を搭載した電子機器のブロック図、図12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9、図10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11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の消費電流に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を調整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12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、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、前記導体はその延伸方向を折曲軸として多層に折曲した構成である。
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、CPUへの供給電流の増大に伴い、コイル部品における低損失化が要求されるので、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として多層に折曲することにより、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。
本発明の請求項2記載の発明は、特に、多層に折曲した前記導体の折曲軸方向に対する断面形状を略正方形とした構成である。
上記構成により、導体の周回の長さが短くなるので、磁気回路における磁路長が短くなり、磁気回路効率がより向上して小型化を図れる。
本発明の請求項3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4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、形成が容易で信頼性が高く、また、端子部は単層であるので、端子曲げ加工が容易で精度が出しやすい。さらに、端子部の熱容量が抑制できることから、実装基板へのリフロー半田が容易である。
本発明の請求項5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、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、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。
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。
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の消費電流に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の対応厚み(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。
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
18 CPU
19 マルチフェーズ回路
20 DC−DCコンバータ回路
21 チョッパーチョークコイル
12 コイル
13 対向部
14 上下面
15 側面
16 端子
17 折曲軸
18 CPU
19 マルチフェーズ回路
20 DC−DCコンバータ回路
21 チョッパーチョークコイル
Claims (6)
- 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、前記導体はその延伸方向を折曲軸として多層に折曲したコイル部品。
- 多層に折曲した前記導体の折曲軸方向に対する断面形状を略正方形とした請求項1記載のコイル部品。
- 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。
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