JP2018186152A - コイル部品 - Google Patents

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Toshifumi Komachi
俊文 小町
光祐 國塚
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光祐 國塚
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Toshio Tomonari
寿緒 友成
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【課題】抵抗を低減することが可能であり、且つ、積層数を増やすことなくスパイラル状平面導体の内周端を外部へ引き出すことが可能なコイル部品を提供する。【解決手段】スパイラル状平面導体からなる第1のコイル部100と、第1のコイル部100の各ターンとそれぞれ重なるように設けられ、それぞれ1ターン未満である複数のループ状平面導体からなる第2のコイル部200と、第1のコイル部100と第2のコイル部200を接続するスルーホール導体300,400を備える。第2のコイル部200のうち、第1のコイル部100の最内周ターンと重なるループ状平面導体の一端は、複数のループ状平面導体の一端と他端との間に形成されたギャップを介して径方向に引き出される。これにより、第1のコイル部100と第2のコイル部200を並列に接続することができるため、抵抗を低減することが可能となる。【選択図】図1

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、スパイラル状の平面導体を有するコイル部品に関する。
各種電子機器に用いられるコイル部品としては、磁性コアにワイヤ(被覆導線)を巻回したタイプのコイル部品の他、絶縁層の表面にスパイラル状の平面導体を複数ターンに亘って形成したタイプのコイル部品が知られている。例えば、特許文献1には、複数の絶縁層にそれぞれスパイラル状の平面導体を形成し、その内周端同士または外周端同士を接続した構成を有するコイル部品が開示されている。
スパイラル状の平面導体は、内周端が自身によって平面的に囲まれるため、これをどのようにして外部へ引き出すかが問題となる。ここで、特許文献1に記載されたコイル部品においては、ある層に形成されたスパイラル状平面導体の内周端と、別の層に形成されたスパイラル状平面導体の内周端を互いに接続することによって、内周端を外部に引き出すための引き出しパターンを不要としている。
特開2013−251455号公報
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、2つのスパイラル状平面導体が内周端において接続されることから、2つのスパイラル状平面導体が必ず直列接続されるという制約が生じる。このため、導体長が長くなり、直流抵抗や交流抵抗が増加するという問題があった。これを解決するためには、特許文献1に示されるように、複数のスパイラル状平面導体を並列接続すればよいが、この場合には必要となる積層数が増大してしまう。
したがって、本発明は、直流抵抗や交流抵抗を低減することが可能であり、且つ、積層数を増やすことなくスパイラル状平面導体の内周端を外部へ引き出すことが可能なコイル部品を提供することを目的とする。
本発明によるコイル部品は、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回されたスパイラル状平面導体からなる第1のコイル部と、前記第1のコイル部の各ターンの少なくとも一部とそれぞれ重なるように設けられ、それぞれ1ターン未満である複数のループ状平面導体からなる第2のコイル部と、前記複数のループ状平面導体の一端及びこれらと重なる前記第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第1のスルーホール導体と、前記複数のループ状平面導体の他端及びこれらと重なる前記第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第2のスルーホール導体とを備え、前記複数のループ状平面導体のうち、前記第1のコイル部の最内周ターンと重なるループ状平面導体の前記一端は、前記複数のループ状平面導体の前記一端と前記他端との間に形成されたギャップを介して径方向に引き出されることを特徴とする。
本発明によれば、第2のコイル部がスパイラル状ではなく、1ターン未満である複数のループ状平面導体によって構成されていることから、複数のループ状平面導体の一端と他端との間に形成されたギャップを介して、第1のコイル部の内周端を外部に引き出すことが可能となる。そして、第1のコイル部と第2のコイル部は、第1及び第2のスルーホール導体を介して並列に接続されることから、直流抵抗および交流抵抗を低減することも可能となる。
本発明において、複数のループ状平面導体は、第1のコイル部のそれぞれ対応するターンの全体と重なっていても構わない。これによれば、第1及び第2のコイル部のパターン設計が容易となる。
本発明によるコイル部品は、複数のループ状平面導体の一端と他端との間に位置する所定領域及びこれらと重なる第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第3のスルーホール導体をさらに備えていても構わない。これによれば、第3のスルーホール導体を介して熱が分散されるため、局所的な温度上昇を防止することが可能となる。この場合、第3のスルーホール導体は、複数のループ状平面導体に対してそれぞれ複数個設けられていても構わない。これによれば、熱を分散する効果をより高めることが可能となる。
本発明によるコイル部品は、絶縁フィルムをさらに備え、第1のコイル部は絶縁フィルムの一方の表面に形成され、第2のコイル部は絶縁フィルムの他方の表面に形成され、複数の第1及び第2のスルーホール導体は絶縁フィルムを貫通して設けられていても構わない。これによれば、コイル部品の作製が容易となる。この場合、本発明によるコイル部品は、突起部を有する磁性体をさらに備え、絶縁フィルムには第1及び第2のコイル部の内径領域に相当する部分に貫通孔が設けられており、磁性体の突起部は、絶縁フィルムの貫通孔に挿入されていても構わない。これによれば、高いインダクタンスを得ることが可能となる。
本発明によるコイル部品は、第1のコイル部、第2のコイル部、複数の第1のスルーホール導体及び複数の第2のスルーホール導体からなる組を複数組備え、これら複数組が並列接続されていても構わない。これによれば、直流抵抗および交流抵抗をよりいっそう低減することが可能となる。
このように、本発明によれば、2つのスパイラル状平面導体の内周端同士を接続することなく、スパイラル状平面導体の内周端を外部へ引き出すことができる。これにより、コイル部品の直流抵抗および交流抵抗を低減することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品10の主要部の構造を説明するための略斜視図である。 図2(a)は第1のコイル部100の平面図であり、図2(b)は第2のコイル部200の平面図である。 図3は、コイル部品10の等価回路図である。 図4は、コイル部品10の断面図である。 図5は、磁性体12を設けた例を示す断面図である。 図6は、別の磁性体13をさらに設けた例を示す断面図である。 図7は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品20の主要部の構造を説明するための略斜視図である。 図8(a)は第1のコイル部100の平面図であり、図8(b)は第2のコイル部200の平面図である。 図9は、本発明の第3の実施形態によるコイル部品30の主要部の構造を説明するための略斜視図である。 図10は、コイル部品30の等価回路図である。 図11は、磁性体12を設けた例を示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態によるコイル部品10の主要部の構造を説明するための略斜視図である。
図1に示すように、本実施形態によるコイル部品10は、第1のコイル部100と第2のコイル部200を有し、これらが互いに重なる構成を有している。ここで、第1のコイル部100が複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回されたスパイラル状平面導体からなるものであるのに対し、第2のコイル部200は、それぞれ1ターン未満である複数のループ状平面導体によって構成される。そして、第2のコイル部200を構成する複数のループ状平面導体の一端は、複数の第1のスルーホール導体300を介して第1のコイル部100に接続される。また、第2のコイル部200を構成する複数のループ状平面導体の他端は、複数の第2のスルーホール導体400を介して第1のコイル部100に接続される。
図2(a)は第1のコイル部100の平面図であり、図2(b)は第2のコイル部200の平面図である。
図2(a)に示すように、第1のコイル部100は、11ターンに亘ってスパイラル状に巻回されたスパイラル状平面導体によって構成される。第1のコイル部100を構成するスパイラル状平面導体は、径方向における位置が遷移する遷移領域Sを有しており、この遷移領域Sを境界として第1ターン101〜第11ターン111からなる11ターンが定義される。第1ターン101は最外周ターンであり、第11ターン111は最内周ターンである。そして、第1ターン101の端部が第1のコイル部100の外周端を構成し、第11ターン111の端部が第1のコイル部100の内周端を構成する。
また、各ターン101〜111のうち、外周端に近い部分をそれぞれ領域101a〜111aと定義し、内周端に近い部分をそれぞれ領域101b〜111bと定義する。したがって、領域101b〜110bは、それぞれ遷移領域Sを介して領域102a〜111aに接続されることになる。外周端を構成する領域101aは、引き出しパターン120を介して端子電極100Aに接続される。
図2(b)に示すように、第2のコイル部200は、第1のコイル部100の各ターン101〜111とそれぞれ重なる11個のループ状平面導体201〜211によって構成される。本発明において、第1のコイル部100のターン101〜111と第2のコイル部200のループ状平面導体201〜211が全体的に重なることは必須でないが、両者が全体的に重なるパターン形状とすれば、第1及び第2のコイル部100,200のパターン設計が容易となるという利点がある。
ループ状平面導体201〜211は、いずれも1ターン未満であり、第1のコイル部100と重ねると、上述した遷移領域Sと重なる部分が切り欠かれたパターン形状となる。そして、領域101a〜111aと重なる部分をそれぞれ領域201a〜211aと定義し、領域101b〜111bと重なる部分をそれぞれ領域201b〜211bと定義する。外周端を構成する領域201aは、引き出しパターン220を介して端子電極200Aに接続される。さらに、最内周に位置する領域211bは、引き出しパターン230を介して端子電極200Bに接続される。端子電極100Aと端子電極200Aは、図1に示す接続導体C1を介して互いに接続される。
また、第1のコイル部100の領域101b〜111bと第2のコイル部200の領域201b〜211bは、第1のスルーホール導体300によってそれぞれ接続される。具体的には、第1のスルーホール導体300は11個のスルーホール導体301〜311からなり、これらが第1のコイル部100の領域101b〜111bと第2のコイル部200の領域201b〜211bをそれぞれ接続する。
さらに、第1のコイル部100の領域102a〜111aと第2のコイル部200の領域202a〜211aは、第2のスルーホール導体400によってそれぞれ接続される。具体的には、第2のスルーホール導体400は10個のスルーホール導体402〜411からなり、これらが第1のコイル部100の領域102a〜111aと第2のコイル部200の領域202a〜211aをそれぞれ接続する。
かかる構成により、第1のコイル部100と第2のコイル部200は、図3に示すように、並列接続された2つのコイルとして機能する。並列接続された2つのコイルの一端は、端子電極100A,200Aであり、他端は端子電極200Bである。
つまり、端子電極100A,200Aを始点として考えると、端子電極100A,200Aに入力された電流は、引き出しパターン120を介して第1のコイル部100の第1ターン101に流れるとともに、引き出しパターン220を介して第2のコイル部200のループ状平面導体201に流れる。第1のコイル部100の第1ターン101に流れる電流は、第1ターン101の端部である領域101bに達すると、遷移領域Sを介して第2ターン102に流れる。ここで、第2ターン102の端部である領域102aには、第2のスルーホール導体402が接続されていることから、電流の一部は、第2のスルーホール導体402を介して第2のコイル部200のループ状平面導体202に流れる。一方、第2のコイル部200のループ状平面導体201に流れる電流は、ループ状平面導体201の端部である領域201bに達すると、第1のスルーホール導体301を介して第1のコイル部100の遷移領域Sに流れる。そして、この電流は、一部が第1のコイル部100の第2ターン102に流れ、残りの部分が第2のスルーホール導体402を介して第2のコイル部200のループ状平面導体202に流れる。
第1のコイル部100の第2ターン102に流れる電流は、第2ターン102の端部である領域102bに達すると、遷移領域Sを介して第3ターン103に流れる。ここで、第3ターン103の端部である領域103aには、第2のスルーホール導体403が接続されていることから、電流の一部は、第2のスルーホール導体403を介して第2のコイル部200のループ状平面導体203に流れる。一方、第2のコイル部200のループ状平面導体202に流れる電流は、ループ状平面導体202の端部である領域202bに達すると、第1のスルーホール導体302を介して第1のコイル部100の遷移領域Sに流れる。そして、この電流は、一部が第1のコイル部100の第3ターン103に流れ、残りの部分が第2のスルーホール導体403を介して第2のコイル部200のループ状平面導体203に流れる。
同様にして、第1のコイル部100のターン103〜111及び第2のコイル部200のループ状平面導体203〜211に電流が並列に流れ、最終的に、第1のコイル部100の第11ターン111の端部である領域111bに達するとともに、第2のコイル部200のループ状平面導体211の端部である領域211bに達する。領域111bに達した電流は、第1のスルーホール導体311を介して領域211bに流れる。そして、領域211bに達した電流は、引き出しパターン230を介して端子電極200Bに供給される。
このような電流の流れにより、11ターンのスパイラル状平面導体からなるコイルが実質的に2個並列に接続された構成を得ることができる。そして、本実施形態においては、第1のコイル部100がスパイラル状平面導体からなるのに対し、第2のコイル部200は、それぞれ1ターン未満であるループ状平面導体201〜211からなるものであるため、分断された部分、つまり、領域202a〜211aと領域201b〜211bが対向する部分であるギャップを介して引き出しパターン230を径方向に延在させ、外部に引き出すことができる。これにより、引き出しパターン230を形成するための別の配線層を用いることなく、2つの配線層のみを用いてスパイラル状平面導体の内周端を外部に引き出すことが可能となる。しかも、第1のコイル部100と第2のコイル部200は並列に接続されることから、2つのスパイラル状平面導体の内周端同士を接続する場合とは異なり、直流抵抗や交流抵抗を低減することも可能となる。
図4は、本実施形態によるコイル部品10の断面図である。
図4に示すように、本実施形態によるコイル部品10は、PET樹脂などからなる絶縁フィルム11の一方の表面11aに第1のコイル部100が形成され、他方の表面11bに第2のコイル部200が形成された構成を有している。図示しないが、第1及び第2のスルーホール導体300,400は、絶縁フィルム11を貫通して設けられる。このように、絶縁フィルム11の表裏に第1及び第2のコイル部100,200を形成すれば、これらを同時に形成することが可能となる。また、絶縁フィルム11の表裏を用いる場合、導体層の数は2層に制限されるため、従来の方法では、コイルの内周端を外部に引き出すことが困難となるが、本実施形態によれば、別の導体層を設けることなく、コイルの内周端を外部に引き出すことが可能となる。そして、第1及び第2のコイル部100,200を覆うよう、絶縁フィルム11の表裏を樹脂材料などによってモールドすれば、第1及び第2のコイル部100,200を保護することが可能となる。モールド材料としては、十分な絶縁性を有している限り、磁性材料を用いても構わない。
また、表裏に第1及び第2のコイル部100,200を形成した絶縁フィルム11を磁性体からなる基板に載置することも可能である。この場合、図5に示すように、絶縁フィルム11の中央部、つまり、第1及び第2のコイル部100,200の内径領域に相当する部分に貫通孔11cを設け、磁性体12の突起部12aを絶縁フィルム11の貫通孔11cに挿入すれば、高いインダクタンスを得ることが可能となる。この場合、図6(a)及び図6(b)に示すように、磁性体12を構成する材料よりも複素透磁率の虚部(μ")の大きい材料からなる別の磁性体13を、磁性体12の底面や側面に設けても構わない。これによれば、外部への漏れ磁束が低減されることから、隣接する他の部品に対する影響を低減することが可能となる。
<第2の実施形態>
図7は、本発明の第2の実施形態によるコイル部品20の主要部の構造を説明するための略斜視図である。
図7に示すように、本実施形態によるコイル部品20は、第1のコイル部100と第2のコイル部200を接続する複数の第3のスルーホール導体500をさらに備えている点において、第1の実施形態によるコイル部品10と相違している。その他の構成は、第1の実施形態によるコイル部品10と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第3のスルーホール導体500は、第1のコイル部100を構成する各ターン101〜111の所定の領域と、第2のコイル部200を構成するループ状平面導体201〜211の所定の領域とを接続するものである。本実施形態においては、1ターンにつき3つのスルーホール導体500が割り当てられている。具体的には、第3のスルーホール導体500はスルーホール導体501〜511からなり、各スルーホール導体501〜511はそれぞれ3つ存在する。そして、スルーホール導体501〜511は、第1のコイル部100を構成する各ターン101〜111及び第2のコイル部200を構成するループ状平面導体201〜211にそれぞれ割り当てられている。
第3のスルーホール導体500が設けられる平面位置は、第1のコイル部100の平面図である図8(a)及び第2のコイル部200の平面図である図8(b)に示されている。つまり、第1のコイル部100を構成する各ターン101〜111には、一方の端部である領域101a〜111aと他方の端部である領域101b〜111bとの間に3つの領域101c〜111cが定義されており、この領域に第3のスルーホール導体501〜511が接続される。同様に、第2のコイル部200を構成するループ状平面導体201〜211には、一方の端部である領域201a〜211aと他方の端部である領域201b〜211bとの間に3つの領域201c〜211cが定義されており、この領域に第3のスルーホール導体501〜511が接続される。
3つのスルーホール導体501〜511は、コイルの中心軸から見て引き出しパターン230の延在方向を0°とした場合、それぞれ90°、180°、270°の位置に配置されている。これにより、第1〜第3のスルーホール導体300,400,500の周方向位置がほぼ均等化されている。
第3のスルーホール導体500は、いずれも同位相の電流が流れる部分同士を接続するものであるため、理想的には第3のスルーホール導体500を介した電流は流れない。しかしながら、第3のスルーホール導体500は、コイルに流れる電流によって生じる熱の伝導経路として機能し、局所的な温度上昇を抑制する効果をもたらす。したがって、第3のスルーホール導体500を設けることによって放熱効果が高められることあら、製品の信頼性をより高めることが可能となる。
尚、本実施形態では、1ターンごとに第3のスルーホール導体500を3つずつ割り当てているが、第3のスルーホール導体500の数がこれに限定されるものではない。したがって、1ターンにつき第3のスルーホール導体500を1つだけ割り当てても構わないし、1ターンおきに、つまり、2ターンにつき第3のスルーホール導体500を1つ割り当てても構わない。
<第3の実施形態>
図9は、本発明の第3の実施形態によるコイル部品30の主要部の構造を説明するための略斜視図である。
図9に示すように、本実施形態によるコイル部品30は、第1のコイル部100、第2のコイル部200及び第1〜第3のスルーホール導体300,400,500からなる組を2組(組Aと組B)備えている。組Aに含まれる端子電極200Aと組Bに含まれる端子電極100Aは、接続導体C2を介して互いに接続される。また、組Aに含まれる端子電極200Bと組Bに含まれる端子電極200Bは、接続導体C3を介して互いに接続される。
これにより、組Aと組Bは並列接続されるため、本実施形態によるコイル部品30は、図10に示すように、並列接続された4つのコイルとして機能する。これにより、直流抵抗や交流抵抗をより低減することが可能となる。尚、並列接続する組の数は2つに限定されず、3組以上を並列接続しても構わない。
図11に示すように、組A及び組Bは、それぞれ別の絶縁フィルム14A,14Bに形成することができる。つまり、組Aを構成する第1のコイル部100及び第2のコイル部200を絶縁フィルム14Aの表裏に形成し、組Bを構成する第1のコイル部100及び第2のコイル部200を絶縁フィルム14Bの表裏に形成すればよい。そして、組Aと組Bを両面粘着テープなどからなる接着層15を介して積層し、突起部12aを有する磁性体12に載置すれば、高いインダクタンスを得ることが可能となる。
尚、図9に示す例では、組Aを構成する第1のコイル部100と組Bを構成する第2のコイル部200が対向する配置を有しているが、組Aと組Bの配置がこれに限定されるものではない。したがって、組Aを構成する第1のコイル部100と組Bを構成する第1のコイル部100が対向する配置であっても構わないし、組Aを構成する第2のコイル部200と組Bを構成する第2のコイル部200が対向する配置であっても構わない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上述した各実施形態では、絶縁フィルム11(14A,14B)の表裏に第1及び第2のコイル部100,200を形成しているが、本発明がこのような構成に限定されるものではなく、基板上に第1及び第2のコイル部100,200を積層し、これらを層間絶縁膜によって分離する構成であっても構わない。
10,20,30 コイル部品
11,14A,14B 絶縁フィルム
11a 絶縁フィルムの一方の表面
11b 絶縁フィルムの他方の表面
11c 貫通孔
12 磁性体
12a 突起部
13 磁性体
15 接着層
100 第1のコイル部(スパイラル状平面導体)
100A,200A,200B 端子電極
101〜111 ターン
101a〜111a,101b〜111b,101c〜111c 領域
120 引き出しパターン
200 第2のコイル部
201〜211 ループ状平面導体
201a〜211a,201b〜211b,201c〜211c 領域
220,230 引き出しパターン
301〜311 第1のスルーホール導体
402〜411 第2のスルーホール導体
501〜511 第3のスルーホール導体
A,B 組
C1〜C3 接続導体
S 遷移領域

Claims (7)

  1. 複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回されたスパイラル状平面導体からなる第1のコイル部と、
    前記第1のコイル部の各ターンの少なくとも一部とそれぞれ重なるように設けられ、それぞれ1ターン未満である複数のループ状平面導体からなる第2のコイル部と、
    前記複数のループ状平面導体の一端及びこれらと重なる前記第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第1のスルーホール導体と、
    前記複数のループ状平面導体の他端及びこれらと重なる前記第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第2のスルーホール導体と、を備え、
    前記複数のループ状平面導体のうち、前記第1のコイル部の最内周ターンと重なるループ状平面導体の前記一端は、前記複数のループ状平面導体の前記一端と前記他端との間に形成されたギャップを介して径方向に引き出されることを特徴とするコイル部品。
  2. 前記複数のループ状平面導体は、前記第1のコイル部のそれぞれ対応するターンの全体と重なることを特徴とする請求項1に記載のコイル部品。
  3. 前記複数のループ状平面導体の前記一端と前記他端との間に位置する所定領域及びこれらと重なる前記第1のコイル部の各領域とをそれぞれ接続する複数の第3のスルーホール導体をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のコイル部品。
  4. 前記第3のスルーホール導体は、前記複数のループ状平面導体に対してそれぞれ複数個設けられていることを特徴とする請求項3に記載のコイル部品。
  5. 絶縁フィルムをさらに備え、
    前記第1のコイル部は前記絶縁フィルムの一方の表面に形成され、
    前記第2のコイル部は前記絶縁フィルムの他方の表面に形成され、
    前記複数の第1及び第2のスルーホール導体は、前記絶縁フィルムを貫通して設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のコイル部品。
  6. 突起部を有する磁性体をさらに備え、
    前記絶縁フィルムには、前記第1及び第2のコイル部の内径領域に相当する部分に貫通孔が設けられており、
    前記磁性体の前記突起部は、前記絶縁フィルムの前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項5に記載のコイル部品。
  7. 前記第1のコイル部、前記第2のコイル部、前記複数の第1のスルーホール導体及び前記複数の第2のスルーホール導体からなる組を複数組備え、前記複数組が並列接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコイル部品。
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