JP2019036649A - Inductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタに関する。 The present invention relates to an inductor.
インダクタでは、コイル導体に流れる電流により磁束が発生してインダクタの外部に漏洩する場合がある。特に電流値が大きいパワーインダクタでは漏れ磁束による放射ノイズが大きくなる。さらに磁性飽和に強いとされる磁性粉含有樹脂で形成されたインダクタでは、磁性粉含有樹脂の透磁率が小さいため漏れ磁束が大きくなる傾向がある。これに対して外表面に金属シールドを設けたインダクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In an inductor, a magnetic flux may be generated by a current flowing in a coil conductor and leak to the outside of the inductor. In particular, in a power inductor having a large current value, radiation noise due to leakage magnetic flux increases. Further, in an inductor formed of a magnetic powder-containing resin that is resistant to magnetic saturation, the magnetic flux-containing resin has a small magnetic permeability, and thus the leakage flux tends to increase. On the other hand, an inductor having a metal shield provided on the outer surface has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
外表面に金属シールドを設けたインダクタでは、製造コストが上昇することに加えて、金属シールド自体に渦電流が発生するため、その分電力効率が低下する。またサイズの小さいチップインダクタでは、外部電極との接触を避けながら金属シールドを設けることは困難である。 In an inductor having a metal shield provided on the outer surface, in addition to an increase in manufacturing cost, an eddy current is generated in the metal shield itself, so that the power efficiency is reduced accordingly. In addition, it is difficult for a small size chip inductor to provide a metal shield while avoiding contact with external electrodes.
本発明の一態様は、漏れ磁束が低減されるインダクタを提供することを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide an inductor in which leakage flux is reduced.
本発明の第一態様は、絶縁被膜を有する１対のコイル導体と、各コイル導体の２つの引出端子を２つの端面にそれぞれ露出して該コイル導体を内蔵する磁性体とを備え、該１対のコイル導体は、巻回軸が平行で、且つ開口面が同一平面内に配置され、該１対のコイル導体は、それぞれ同一の自己インダクタンス値を有し、該１対のコイル導体の同一端面に露出する該引出端子が、それぞれ電気的に接続されて１対の外部電極を構成し、該外部電極の一方からみたそれぞれのコイル導体の巻回方向は互いに逆向きになっているインダクタである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a pair of coil conductors having an insulating coating, and a magnetic body in which the two lead terminals of each coil conductor are exposed at two end faces and the coil conductor is built in, respectively. The pair of coil conductors have winding axes parallel to each other, and the opening surfaces thereof are arranged in the same plane. The pair of coil conductors have the same self-inductance value, and the pair of coil conductors are the same. The lead terminals exposed at the end faces are electrically connected to form a pair of external electrodes, and the coil conductors as viewed from one of the external electrodes are wound in opposite directions. is there.
本発明の一態様によれば、漏れ磁束が低減されるインダクタを提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, an inductor with reduced leakage magnetic flux can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、インダクタを例示するものであって、本発明は、以下に示すインダクタに限定されない。なお特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に限定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施例以降では第１の実施例と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies an inductor for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the inductor shown below. In addition, the member shown by a claim is not limited to the member of embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specifically described. Only. In the drawings, the same reference numerals are assigned to the same portions. In consideration of ease of explanation or understanding of the main points, the embodiments are shown separately for convenience, but the components shown in different embodiments can be partially replaced or combined. In the second and subsequent embodiments, description of matters common to the first embodiment is omitted, and only different points will be described. In particular, the same operation effect by the same configuration will not be sequentially described for each embodiment.
本実施形態のインダクタは、絶縁被膜を有する１対のコイル導体と、各コイル導体の２つの引出端子を２つの端面にそれぞれ露出して該コイル導体を内蔵する磁性体とを備える。該１対のコイル導体は、それぞれの巻回軸が平行で、且つ開口面が同一平面内に配置される。該１対のコイル導体は、それぞれ同一の自己インダクタンス値を有する。該１対のコイル導体の同一端面に露出する２つの引出端子は、それぞれ電気的に接続されて１対の外部電極を構成している。該外部電極の一方からみたそれぞれのコイル導体の巻回方向は互いに逆向きである。 The inductor according to the present embodiment includes a pair of coil conductors having an insulating film, and a magnetic body in which the two lead terminals of each coil conductor are exposed at two end surfaces, and the coil conductor is built in. In the pair of coil conductors, the winding axes are parallel and the opening surfaces are arranged in the same plane. The pair of coil conductors have the same self-inductance value. The two lead terminals exposed on the same end surface of the pair of coil conductors are electrically connected to form a pair of external electrodes. The winding directions of the coil conductors as viewed from one of the external electrodes are opposite to each other.
電気的に並列接続される１対のコイル導体は同一の自己インダクタンス値を有しているので、各コイル導体に流れる電流値は常に等しくなる。またインダクタの外部電極の一方からみたそれぞれのコイル導体の巻回方向が互いに逆向きであり、コイル導体が互いに磁気結合して相互インダクタンスを有している。これによりコイル導体の互いに隣接する領域、すなわちインダクタの中央部近傍においては、双方のコイル導体からの磁束が互いにキャンセルし合うことになり、結果としてインダクタの磁束漏れが大きく抑制される。ここで例えばインダクタに流れる電流波形が、正弦波であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ等で用いられるいかなるデューティの三角波等であっても、１対のコイル導体に流れるそれぞれの電流は常に等しく、且つ、それらの電流による生じた磁束の方向が互いに逆向きであるため、インダクタの中央部における磁束はキャンセルされることになる。本実施形態のインダクタでは、磁束漏れが抑制されるため、金属シールドを設ける必要がなく、金属シールドに起因する効率低下を回避することができる。また本実施形態のインダクタの構成は、サイズの大きいインダクタであっても、サイズの小さいチップインダクタであっても容易に実現することができる。 Since a pair of coil conductors electrically connected in parallel have the same self-inductance value, the current values flowing through the coil conductors are always equal. Further, the winding directions of the coil conductors as viewed from one of the external electrodes of the inductor are opposite to each other, and the coil conductors are magnetically coupled to each other to have a mutual inductance. As a result, in the adjacent areas of the coil conductor, that is, in the vicinity of the central portion of the inductor, the magnetic fluxes from both coil conductors cancel each other, and as a result, the magnetic flux leakage of the inductor is greatly suppressed. Here, for example, whether the current waveform flowing in the inductor is a sine wave or a triangular wave of any duty used in a DC-DC converter, etc., the respective currents flowing in the pair of coil conductors are always equal, and Since the directions of the magnetic flux generated by these currents are opposite to each other, the magnetic flux at the center of the inductor is cancelled. In the inductor according to the present embodiment, magnetic flux leakage is suppressed, so that it is not necessary to provide a metal shield, and it is possible to avoid a decrease in efficiency due to the metal shield. In addition, the configuration of the inductor according to the present embodiment can be easily realized regardless of whether it is a large size inductor or a small size chip inductor.
１対のコイル導体は、鏡面対称に配置されていてもよい。これによりインダクタからの磁束漏れをより効果的に抑制することができる。鏡面対称の対称面は、２つの巻回軸を含む平面およびコイル導体の開口面に直交し、２つの巻回軸からの距離が等しい面となる。 The pair of coil conductors may be arranged mirror-symmetrically. Thereby, magnetic flux leakage from the inductor can be more effectively suppressed. The mirror-symmetric plane of symmetry is a plane that is orthogonal to the plane including the two winding axes and the opening surface of the coil conductor, and has the same distance from the two winding axes.
１対のコイル導体は、２回対称に配置されていてもよい。これによりインダクタからの磁束漏れをより効果的に抑制することができるとともに、巻回方向が同一であるコイル導体だけで所望のインダクタ構成を実現することができる。２回対称の対称軸は、前記コイル導体の巻回軸方向の厚みを２等分する面と前記巻回軸との２つの交点を結ぶ線分の中点を通り、前記２つの巻回軸を含む平面に直交する。 The pair of coil conductors may be arranged symmetrically twice. As a result, magnetic flux leakage from the inductor can be more effectively suppressed, and a desired inductor configuration can be realized with only a coil conductor having the same winding direction. The two-fold symmetry axis passes through the midpoint of the line connecting the two intersections of the surface of the coil conductor that bisects the thickness in the winding axis direction and the winding axis, and the two winding axes Perpendicular to the plane containing
コイル導体は、エッジワイズ巻きコイルであってもよく、アルファ巻きコイルであってもよい。コイル導体の巻回形式に応じて、１対のコイル導体を鏡面対称または２回対称に配置することで所望のインダクタ構成を容易に実現できる。 The coil conductor may be an edgewise winding coil or an alpha winding coil. A desired inductor configuration can be easily realized by arranging a pair of coil conductors mirror-symmetrically or twice-symmetrically according to the winding form of the coil conductors.
コイル導体を内蔵する磁性体は、磁性粉含有樹脂からなり、その硬化物または圧縮成形体であってもよい。磁性粉含有樹脂を用いて磁性体を構成することで磁気飽和が生じにくくなる。コイル導体を内蔵する磁性体は、積層構造を有していてもよい。積層構造は精度がよいので、これによりインダクタンスのバラツキが少なくなる。積層構造はフェライトから形成されてもよく、金属材料から形成されてもよい。 The magnetic body containing the coil conductor is made of a magnetic powder-containing resin, and may be a cured product or a compression molded body. By configuring the magnetic body using the magnetic powder-containing resin, magnetic saturation is less likely to occur. The magnetic body incorporating the coil conductor may have a laminated structure. Since the laminated structure has good accuracy, this reduces variations in inductance. The laminated structure may be formed from ferrite or may be formed from a metal material.
（実施例１）
図１は第１の実施例に係るインダクタ１０の概略透視斜視図である。インダクタ１０は磁性体７０と、磁性体７０に埋め込まれる１対のコイル導体２０および３０とを備える。インダクタ１０は直方体状に形成され、コイル導体２０および３０の開口面と略平行で、コイル導体２０および３０の巻回軸に直交する底面および底面の反対側の上面と、底面と直交する４つの端面とを備える。
Example 1
FIG. 1 is a schematic perspective view of an inductor 10 according to a first embodiment. The inductor 10 includes a magnetic body 70 and a pair of coil conductors 20 and 30 embedded in the magnetic body 70. The inductor 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, is substantially parallel to the opening surfaces of the coil conductors 20 and 30, has a bottom surface orthogonal to the winding axis of the coil conductors 20 and 30, a top surface opposite to the bottom surface, and four orthogonal to the bottom surface. And an end face.
コイル導体２０および３０はそれぞれ、絶縁被膜を有する平角線を、巻回方向を互いに逆向きにしたエッジワイズ巻きにして形成されている。またコイル導体２０および３０はそれぞれの自己インダクタンス値が同一に形成される。コイル導体２０および３０は、それぞれの巻回軸が平行で、巻回軸に直交する開口面が同一平面上に配置される。またコイル導体２０および３０は接触せずに横並びに配置され、磁気結合して相互インダクタンスを有している。コイル導体２０および３０の巻回軸は、インダクタ１０の底面と直交して配置される。またコイル導体２０および３０は互いに鏡面対称に配置され、その対称面は２つの巻回軸を含む平面およびコイル導体の開口面に直交し、２つの巻回軸の距離の中点を通過している。 Each of the coil conductors 20 and 30 is formed by edgewise winding a rectangular wire having an insulating film with the winding directions opposite to each other. The coil conductors 20 and 30 are formed to have the same self-inductance value. In the coil conductors 20 and 30, the winding axes are parallel, and the opening surfaces orthogonal to the winding axes are arranged on the same plane. The coil conductors 20 and 30 are arranged side by side without contact, and are magnetically coupled and have mutual inductance. The winding axes of the coil conductors 20 and 30 are arranged orthogonal to the bottom surface of the inductor 10. The coil conductors 20 and 30 are arranged mirror-symmetrically with each other, and the plane of symmetry is perpendicular to the plane including the two winding axes and the opening surface of the coil conductor and passes through the midpoint of the distance between the two winding axes. Yes.
コイル導体２０および３０のそれぞれの一方の引出端子２０ａおよび３０ａは同一の端面に露出し、他方の引出端子２０ｂおよび３０ｂは該端面と対向する端面に露出している。引出端子２０ａおよび３０ａ、並びに２０ｂおよび３０ｂは、平角線の長さ方向に直交する断面をコイル導体の高さ方向にそれぞれ略同一の位置で、磁性体７０のそれぞれの端面に露出している。引出端子２０ａおよび３０ａは外部電極１０ａと、引出端子２０ｂおよび３０ｂは外部電極１０ｂとそれぞれ電気的に接続される。これによりコイル導体２０および３０は、外部電極の一方からみた巻回方向を互いに逆向きにして並列接続されている。 The one lead terminals 20a and 30a of each of the coil conductors 20 and 30 are exposed at the same end face, and the other lead terminals 20b and 30b are exposed at the end face facing the end face. The lead-out terminals 20a and 30a and 20b and 30b are exposed on the respective end faces of the magnetic body 70 at substantially the same position in the height direction of the coil conductor in the cross section perpendicular to the length direction of the rectangular wire. The lead terminals 20a and 30a are electrically connected to the external electrode 10a, and the lead terminals 20b and 30b are electrically connected to the external electrode 10b. Thus, the coil conductors 20 and 30 are connected in parallel with the winding directions viewed from one of the external electrodes being opposite to each other.
インダクタ１０では、コイル導体２０および３０が横並びに配置され、互いに磁気結合している。コイル導体２０および３０は並列接続されているため、それぞれが独立して動作することはなく、２つのコイル導体が１つのインダクタとして動作する。したがって２つのコイル導体間の磁気結合はインダクタの内部結合であるため、一般的なコイル導体間の磁気結合による相互の磁気干渉の問題は生じない。 In the inductor 10, the coil conductors 20 and 30 are arranged side by side and are magnetically coupled to each other. Since the coil conductors 20 and 30 are connected in parallel, each does not operate independently, and the two coil conductors operate as one inductor. Therefore, since the magnetic coupling between the two coil conductors is an internal coupling of the inductor, the problem of mutual magnetic interference due to the magnetic coupling between the general coil conductors does not occur.
磁性体７０は例えば、磁性粉含有樹脂の硬化物、圧縮成形体等の成形体であり、磁性粉は金属磁性体であっても、非金属磁性体であってもよい。また磁性体７０は積層構造を有するものであってもよい。 The magnetic body 70 is, for example, a molded body such as a cured product of a magnetic powder-containing resin or a compression molded body, and the magnetic powder may be a metallic magnetic body or a non-metallic magnetic body. The magnetic body 70 may have a laminated structure.
本実施例で用いるコイル導体における絶縁被膜は、イミド変成ポリウレタン、ポリアミド系、ポリエステル系などの樹脂であり、耐熱温度が高いものの方が好ましい。図１ではコイル導体は断面が四角形状の平角線で形成されるが、丸線、断面が多角形状の導線を用いて形成されてもよい。図１ではコイル導体は巻回軸方向からみると略円形に形成されているが、長円形状等であってもよい。 The insulating film in the coil conductor used in this example is a resin such as imide-modified polyurethane, polyamide-based, or polyester-based resin, and preferably has a high heat-resistant temperature. In FIG. 1, the coil conductor is formed by a rectangular wire having a square cross section, but may be formed by using a round wire or a conducting wire having a polygonal cross section. In FIG. 1, the coil conductor is formed in a substantially circular shape when viewed from the winding axis direction, but may have an oval shape or the like.
図１から分かるように、電流がインダクタの外部電極１０ａから入力される場合、コイル導体２０と３０のインダクタンスが同じであるため、コイル導体２０と３０に流れる電流はそれぞれ入力電流の半分となる。さらに、外部電極１０ａから見たコイル導体２０と３０の巻回方向は互いに逆向きであるため、コイル導体２０と３０に生じる磁束の方向は逆相となる。例えば、外部電極１０ａに正の電流が入力される場合、コイル導体２０の磁芯を通過する磁束Ｂ１０Ｌは下向きであるのに対し、コイル導体３０の磁芯を通過する磁束Ｂ１０Ｒは上向きである。 As can be seen from FIG. 1, when the current is input from the external electrode 10a of the inductor, the inductances of the coil conductors 20 and 30 are the same, so that the currents flowing through the coil conductors 20 and 30 are each half of the input current. Furthermore, since the winding directions of the coil conductors 20 and 30 viewed from the external electrode 10a are opposite to each other, the direction of the magnetic flux generated in the coil conductors 20 and 30 is in reverse phase. For example, when a positive current is input to the external electrode 10a, the magnetic flux B10L passing through the magnetic core of the coil conductor 20 is downward while the magnetic flux B10R passing through the magnetic core of the coil conductor 30 is upward.
図３は、図１に示すインダクタ１０のＡ−Ａ断面における磁束分布の概略を示す。図３から分かるように、コイル導体２０に発生する磁束とコイル導体３０に発生する磁束はそれぞれのコイルの近傍に周回している。そして、図３の中央部付近の破線円に示すコイル導体２０とコイル導体３０が近接する部分での磁束方向は逆向きになるため、磁束が互いに相殺される。その結果、インダクタの磁束漏れが減少し、放射ノイズが抑制される。 FIG. 3 shows an outline of the magnetic flux distribution in the AA section of the inductor 10 shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the magnetic flux generated in the coil conductor 20 and the magnetic flux generated in the coil conductor 30 circulate in the vicinity of the respective coils. And since the magnetic flux direction in the part which the coil conductor 20 and the coil conductor 30 which show in the broken-line circle | round | yen near the center part of FIG. 3 adjoin is reverse, magnetic flux cancels each other. As a result, the magnetic flux leakage of the inductor is reduced and radiation noise is suppressed.
ここで図３を用いて、２つのコイル導体が磁束を逆向きにして配置される場合の磁気結合について詳しく説明する。図３には図示していないが、コイル導体２０に発生した磁束Ｂ１０Ｌの一部には、コイル導体３０の開口面を通過する磁束が僅かながら存在する。この磁束は、コイル導体３０により生じた磁束Ｂ１０Ｒと同じ方向なので、コイル導体３０の磁芯を通過する磁束量が増える。そのため、磁気結合は正になる。結合係数をｋ、コイル導体２０（またはコイル導体３０）の自己インダクタンス値をＬ１−２とした場合、コイル導体２０とコイル導体３０の相互インダクタンスはｋ×Ｌ１−２となる。したがって、インダクタ１０のインダクタンス値（すなわち、並列接続されたコイル導体２０とコイル導体３０の合成インダクタンス値）をＬ_ｐとすると、Ｌ_ｐは下記式（１）で与えられる。
Ｌ_ｐ＝（１＋ｋ）×Ｌ１−２／２ （１）ここで、自己インダクタンス値Ｌ１−２は、コイル導体が同じであっても、磁性体の外形によって変化する。
Here, with reference to FIG. 3, the magnetic coupling in the case where the two coil conductors are arranged with the magnetic fluxes in opposite directions will be described in detail. Although not shown in FIG. 3, a small amount of magnetic flux passing through the opening surface of the coil conductor 30 exists in a part of the magnetic flux B <b> 10 </ b> L generated in the coil conductor 20. Since this magnetic flux has the same direction as the magnetic flux B10R generated by the coil conductor 30, the amount of magnetic flux passing through the magnetic core of the coil conductor 30 increases. Therefore, the magnetic coupling becomes positive. If the coupling coefficient k, the self-inductance value of the coil conductors 20 (or coil conductor 30) was L 1-2, the mutual inductance of the coil conductor 20 and the coil conductor 30 is k × L 1-2. Therefore, when the inductance value of the inductor 10 (that is, the combined inductance value of the coil conductor 20 and the coil conductor 30 connected in parallel) is L_p, L_p is given by the following equation (1).
L_p = (1 + k) × L 1-2 / 2 (1) Here, even if the coil conductor is the same, the self-inductance value L 1-2 varies depending on the outer shape of the magnetic body.
図２には、図１のインダクタ１０の効果を説明するための比較用のインダクタ１１を示す。図１に示すインダクタ１０では、一方の外部電極からみたコイル導体２０とコイル導体３０の巻回方向が互いに逆向きになるのに対し、図２に示すインダクタ１１では一方の外部電極からみた２つのコイル導体２０の巻回方向は同じになっている。したがって、インダクタ１１の外部電極１１ａに正の電流が入力される場合、左側のコイル導体２０の開口面を通過する磁束Ｂ１１Ｌと右側のコイル導体１１の開口面を通過する磁束Ｂ１１Ｒがともに下向きになる。つまり、磁束Ｂ１１Ｌと磁束Ｂ１１Ｒとは磁束が同相である。 FIG. 2 shows a comparative inductor 11 for explaining the effect of the inductor 10 of FIG. In the inductor 10 shown in FIG. 1, the winding directions of the coil conductor 20 and the coil conductor 30 viewed from one external electrode are opposite to each other, whereas in the inductor 11 shown in FIG. The winding direction of the coil conductor 20 is the same. Therefore, when a positive current is input to the external electrode 11a of the inductor 11, both the magnetic flux B11L passing through the opening surface of the left coil conductor 20 and the magnetic flux B11R passing through the opening surface of the right coil conductor 11 are directed downward. . That is, the magnetic flux B11L and the magnetic flux B11R are in phase.
図４は、図２に示したインダクタ１１のＢ−Ｂ断面における磁束分布の概略を示す。図４から分かるように、２つのコイル導体２０に発生した磁束はそれぞれのコイルの開口面を通ってコイルの近傍に周回している。そして、図４の中央部付近の破線円に示す２つのコイル導体２０が近接する部分での磁束方向は同じ向きになるため、磁束は互いに強め合う。その結果、インダクタの磁束漏れが増加し、放射ノイズが強くなる。 FIG. 4 shows an outline of the magnetic flux distribution in the BB cross section of the inductor 11 shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, the magnetic flux generated in the two coil conductors 20 circulates in the vicinity of the coils through the opening surfaces of the respective coils. And since the magnetic flux direction in the part which the two coil conductors 20 shown in the broken-line circle | round | yen near the center part of FIG. 4 adjoins becomes the same direction, magnetic flux mutually intensifies. As a result, the magnetic flux leakage of the inductor increases and the radiation noise becomes stronger.
実際の放射ノイズ抑制効果を確認するために、図１に示すような磁束が逆相のインダクタ１０と、図２に示すような磁束が同相のインダクタ１１とについて、それらの近傍における放射ノイズによる励起電圧の分布の比較を行った。２つのコイル導体のコイルの巻き数がそれぞれ９であり、各コイル導体の自己インダクタンス値が１μＨであり、素子サイズが３.４ｍｍ×１.８ｍｍであり、厚みが０.９ｍｍであるインダクタ２種類を作製した。コイル導体に流れる電流を１ＭＨｚ／１Ａとして、インダクタの上面から３ｍｍ離れた上面に平行な平面内４０ｍｍ×４０ｍｍの範囲内の放射ノイズによる励起電圧の分布を測定した。図５は、図１に示すような磁束逆相のインダクタ１０の磁界分布の実測結果を示し、図６は、図２に示すような磁束同相のインダクタ１１の磁界分布の実測結果を示す。図５と図６において、Ｘ軸とＹ軸は、インダクタの相対位置を示し、縦軸は、励起電圧を示す。なお、測定はＥＭＩテスタ装置（株式会社ペリテック、ＥＭＶ−１００）を用いて行った。 In order to confirm the actual radiation noise suppressing effect, excitation by radiation noise in the vicinity of the inductor 10 having the opposite phase of the magnetic flux as shown in FIG. 1 and the inductor 11 having the same phase of the magnetic flux as shown in FIG. The voltage distribution was compared. Two types of inductors with two coil conductors each having 9 turns, each coil conductor having a self-inductance value of 1 μH, an element size of 3.4 mm × 1.8 mm, and a thickness of 0.9 mm Was made. The current flowing through the coil conductor was set to 1 MHz / 1A, and the distribution of excitation voltage due to radiation noise within a range of 40 mm × 40 mm in a plane parallel to the upper surface 3 mm away from the upper surface of the inductor was measured. FIG. 5 shows the actual measurement result of the magnetic field distribution of the inductor 10 having the opposite magnetic phase phase as shown in FIG. 1, and FIG. 6 shows the actual measurement result of the magnetic field distribution of the inductor 11 having the same phase flux as shown in FIG. 5 and 6, the X axis and the Y axis indicate the relative position of the inductor, and the vertical axis indicates the excitation voltage. In addition, the measurement was performed using the EMI tester apparatus (Peritec Co., Ltd., EMV-100).
図５からわかるように、磁束逆相のインダクタ１０の場合、インダクタ１０の中央部付近において磁束が相殺された結果、中央部付近の放射ノイズが低下している。一方、図６からわかるように、磁束同相のインダクタ１１の場合、インダクタ１１の中央部付近において磁束が強め合った結果、中央部付近の放射ノイズが増加し、強度分布が隆起した形状になっている。図５における磁界強度の最大は約２３.５７ｄＢμＶであるのに対して、図６における磁界強度の最大値は３６.８２ｄＢμＶであり、磁束同相の場合に比較して１３.２５ｄＢμＶ（約１/４.６）低くなっている。これは、インダクタに金属シールドをした場合と同程度の放射ノイズ低減効果である。 As can be seen from FIG. 5, in the case of the inductor 10 having the opposite phase to the magnetic flux, the radiation noise near the center is reduced as a result of the magnetic flux being canceled near the center of the inductor 10. On the other hand, as can be seen from FIG. 6, in the case of the inductor 11 having the same phase as the magnetic flux, the magnetic flux is strengthened in the vicinity of the central portion of the inductor 11 and as a result, the radiation noise near the central portion increases and the intensity distribution rises. Yes. The maximum magnetic field strength in FIG. 5 is about 23.57 dBμV, whereas the maximum magnetic field strength in FIG. 6 is 36.82 dBμV, which is 13.25 dBμV (about 1/4) compared to the case of the magnetic flux in-phase. .6) It is low. This is the same radiation noise reduction effect as when a metal shield is used for the inductor.
（実施例２）
図７は、第２の実施例であるインダクタ１２の概略透視斜視図を示す。インダクタ１２では、図１に示したインダクタ１０におけるコイル導体２０とコイル導体３０の位置関係が引出端子の引出方向と直交する方向に平行移動して入れ換わっている。インダクタ１２では、インダクタ１０と同様にコイル導体２０とコイル導体３０とは鏡面対称に配置されている。
(Example 2)
FIG. 7 shows a schematic perspective view of the inductor 12 according to the second embodiment. In the inductor 12, the positional relationship between the coil conductor 20 and the coil conductor 30 in the inductor 10 shown in FIG. 1 is exchanged in the direction orthogonal to the lead-out direction of the lead-out terminal. In the inductor 12, as with the inductor 10, the coil conductor 20 and the coil conductor 30 are arranged in mirror symmetry.
インダクタ１２では、コイル導体２０とコイル導体３０の互いに近接する部分におけるコイルの巻回数が、インダクタ１０の場合よりも多くなっている。これによりコイル導体２０とコイル導体３０の近接する部分における磁束の相殺量が多くなり、より効果的に磁束漏れを抑制することができる。 In the inductor 12, the number of coil turns in the portion where the coil conductor 20 and the coil conductor 30 are close to each other is larger than that in the inductor 10. As a result, the amount of magnetic flux cancellation in the portion where the coil conductor 20 and the coil conductor 30 are close to each other is increased, and magnetic flux leakage can be more effectively suppressed.
（実施例３）
図８は、第３の実施例であるインダクタ１３の概略透視斜視図を示す。インダクタ１３は、絶縁被膜を有する平角線を同一方向に巻回してなるコイル導体２０とコイル導体２１とを内蔵する。インダクタ１３では、コイル導体２０の引出端子２０ａおよび２０ｂと外部電極との接続をそれぞれ維持したまま、コイル導体２０の巻回軸の軸方向を反転してなるコイル導体２１と、コイル導体２０とを内蔵している。すなわち、コイル導体２０とコイル導体２１とは、軸対称の関係にあり、コイル導体の巻回軸方向の厚みを２等分する面と巻回軸との２つの交点を結ぶ線分の中点を通り、２つの巻回軸を含む平面に直交する対称軸について、２回対称の関係を有している。
(Example 3)
FIG. 8 is a schematic perspective view of the inductor 13 according to the third embodiment. The inductor 13 includes a coil conductor 20 and a coil conductor 21 formed by winding a rectangular wire having an insulating film in the same direction. In the inductor 13, the coil conductor 21 formed by inverting the axial direction of the winding axis of the coil conductor 20 and the coil conductor 20 while maintaining the connection between the lead terminals 20 a and 20 b of the coil conductor 20 and the external electrode, respectively. Built-in. That is, the coil conductor 20 and the coil conductor 21 are in an axially symmetric relationship, and the midpoint of the line connecting the two intersections of the surface and the winding axis that bisects the thickness of the coil conductor in the winding axis direction. And a symmetry axis perpendicular to a plane including two winding axes has a two-fold symmetry relationship.
インダクタ１３では、コイル導体２０およびコイル導体２１のそれぞれの一方の引出端子２０ａおよび引出端子２１ａは同一の端面に露出し、他方の引出端子２０ｂおよび引出端子２１ｂは該端面と対向する端面に露出している。引出端子２０ａおよび引出端子２１ａは、コイル導体の高さ方向に異なる位置で一方の端面に露出し、引出端子２０ｂおよび２１ｂはコイル導体の高さ方向に異なる位置で他方の端面に露出している。 In the inductor 13, one lead terminal 20a and one lead terminal 21a of each of the coil conductor 20 and the coil conductor 21 are exposed at the same end face, and the other lead terminal 20b and the lead terminal 21b are exposed at an end face opposite to the end face. ing. The lead terminal 20a and the lead terminal 21a are exposed at one end face at different positions in the height direction of the coil conductor, and the lead terminals 20b and 21b are exposed at the other end face at different positions in the height direction of the coil conductor. .
インダクタ１０および１２では、巻回方向が逆向きである２種のコイル導体を組み合わせてインダクタが構成されるが、インダクタ１３では、同一の巻回方向を有する２つのコイル導体を用いてインダクタを構成することができる。これによりインダクタの生産管理がより効率的になり、製造工程がより簡略化される。 In the inductors 10 and 12, an inductor is configured by combining two types of coil conductors whose winding directions are opposite to each other. In the inductor 13, an inductor is configured by using two coil conductors having the same winding direction. can do. This makes inductor production management more efficient and simplifies the manufacturing process.
（実施例４）
図９は、第４の実施例であるインダクタ１４の概略透視斜視図を示す。インダクタ１４は、同一方向に巻回してなるコイル導体２０とコイル導体２１とを内蔵する。インダクタ１４では、図８に示したインダクタ１３におけるコイル導体２０とコイル導体２１の位置関係が平行移動により入れ換わっている。すなわち、コイル導体２０とコイル導体２１とは、軸対称の関係にあり、コイル導体の巻回軸方向の厚みを２等分する面と巻回軸との２つの交点を結ぶ線分の中点を通り、２つの巻回軸を含む平面に直交する対称軸について、２回対称の関係を有している。
Example 4
FIG. 9 is a schematic perspective view of the inductor 14 according to the fourth embodiment. The inductor 14 includes a coil conductor 20 and a coil conductor 21 that are wound in the same direction. In the inductor 14, the positional relationship between the coil conductor 20 and the coil conductor 21 in the inductor 13 shown in FIG. That is, the coil conductor 20 and the coil conductor 21 are in an axially symmetric relationship, and the midpoint of the line connecting the two intersections of the surface and the winding axis that bisects the thickness of the coil conductor in the winding axis direction. And a symmetry axis perpendicular to a plane including two winding axes has a two-fold symmetry relationship.
インダクタ１４では、コイル導体２０と２１の互いに近接する部分におけるコイルの巻回数が、インダクタ１３の場合よりも多くなっている。これによりコイル導体２０と２１の近接する部分における磁束の相殺量が多くなり、より効果的に磁束漏れを抑制することができる。 In the inductor 14, the number of turns of the coil in the portion where the coil conductors 20 and 21 are close to each other is larger than that in the case of the inductor 13. As a result, the amount of magnetic flux cancellation in the portion where the coil conductors 20 and 21 are close to each other increases, and magnetic flux leakage can be more effectively suppressed.
以下に示す第５の実施例から第８の実施例のインダクタでは、コイル導体の巻回方式がエッジワイズ巻の代わりにアルファ巻となっていることと、コイル導体が巻回軸方向から見て略円形の代わりに長円形状となっていること以外は、第１の実施例１から第４の実施例とそれぞれ同様に構成されている。本実施例においてもコイル導体の巻回方式によらず同様の効果が得られる。 In the inductors of the fifth to eighth embodiments shown below, the winding method of the coil conductor is alpha winding instead of edgewise winding, and the coil conductor is viewed from the winding axis direction. The first embodiment is configured in the same manner as the first to fourth embodiments except that an oval shape is used instead of a substantially circular shape. In this embodiment, the same effect can be obtained regardless of the winding method of the coil conductor.
（実施例５）
図１０は、第５の実施例であるインダクタ１５の概略透視斜視図を示す。インダクタ１５では、コイル導体がアルファ巻で形成され、巻回軸方向からみたコイル形状が長径および短径を有する長円形状になっていること以外は第１の実施例のインダクタ１０と同様に構成されている。インダクタ１５では２つのコイル導体４０および５０が、インダクタ１０と同様の鏡面対称に配置されて構成される。インダクタ１５ではコイル導体４０および５０の引出端子４０ａおよび５０ａ並びに４０ｂおよび５０ｂは、平角線の表面の一部を磁性体のそれぞれの端面に露出している。コイル導体の絶縁被膜を除去する必要があるが、これにより外部電極との接触面積を大きくしてインダクタの直流抵抗を低減できる。引出端子４０ａおよび５０ａ並びに４０ｂおよび５０ｂは、磁性体のそれぞれの端面で電気的に接続され、２つのコイル導体４０および５０は並列接続される。引出端子４０ａおよび５０ａ側から４０ｂおよび５０ｂ側に電流が流れる場合には、コイル導体４０が発生する磁束の向きＢ１５Ｌは下向きであり、コイル導体５０が発生する磁束の向きＢ１５Ｒは上向きであり、互いに反対向きになっている。
(Example 5)
FIG. 10 is a schematic perspective view of the inductor 15 according to the fifth embodiment. The inductor 15 is configured in the same manner as the inductor 10 of the first embodiment except that the coil conductor is formed by alpha winding and the coil shape viewed from the winding axis direction is an ellipse having a major axis and a minor axis. Has been. In the inductor 15, the two coil conductors 40 and 50 are arranged in the same mirror symmetry as the inductor 10. In the inductor 15, the lead terminals 40a and 50a and 40b and 50b of the coil conductors 40 and 50 have a part of the surface of the flat wire exposed at their respective end faces. Although it is necessary to remove the insulating coating on the coil conductor, this can increase the contact area with the external electrode and reduce the DC resistance of the inductor. The lead terminals 40a and 50a and 40b and 50b are electrically connected at the respective end faces of the magnetic body, and the two coil conductors 40 and 50 are connected in parallel. When current flows from the lead terminals 40a and 50a to the sides 40b and 50b, the magnetic flux direction B15L generated by the coil conductor 40 is downward, the magnetic flux direction B15R generated by the coil conductor 50 is upward, The opposite direction.
（実施例６）
図１１は、第６の実施例であるインダクタ１６の概略透視斜視図を示す。インダクタ１６は、コイル導体がアルファ巻で形成され、長径および短径を有する長円形状になっていること以外は実施例２のインダクタ１２と同様に構成される。
(Example 6)
FIG. 11 is a schematic perspective view of the inductor 16 according to the sixth embodiment. The inductor 16 is configured in the same manner as the inductor 12 of the second embodiment except that the coil conductor is formed by alpha winding and has an elliptical shape having a major axis and a minor axis.
（実施例７）
図１２は、第７の実施例であるインダクタ１７の概略透視斜視図を示す。インダクタ１７は、コイル導体がアルファ巻で形成され、長径および短径を有する長円形状になっていること以外は実施例３のインダクタ１３と同様に構成される。
(Example 7)
FIG. 12 shows a schematic perspective view of the inductor 17 according to the seventh embodiment. The inductor 17 is configured in the same manner as the inductor 13 of Example 3 except that the coil conductor is formed by alpha winding and has an oval shape having a major axis and a minor axis.
（実施例８）
図１３は、第８の実施例であるインダクタ１８の概略透視斜視図を示す。インダクタ１８は、コイル導体がアルファ巻で形成され、長径および短径を有する長円形状になっていること以外は実施例４のインダクタ１４と同様に構成される。
(Example 8)
FIG. 13 is a schematic perspective view of the inductor 18 according to the eighth embodiment. The inductor 18 is configured in the same manner as the inductor 14 of Example 4 except that the coil conductor is formed by alpha winding and has an oval shape having a major axis and a minor axis.
インダクタ１５から１８では、２つのコイル導体がそれぞれの長径方向を平行にして配置されているが、短径方向を平行にして配置されていてもよい。またインダクタ１５から１８では、コイル導体の引出端子が長径方向に引き出されているが、短径方向に引き出されていてもよい。 In the inductors 15 to 18, the two coil conductors are arranged with their major axis directions parallel, but may be arranged with their minor axis directions parallel. In addition, in the inductors 15 to 18, the lead terminal of the coil conductor is drawn out in the major axis direction, but may be drawn out in the minor axis direction.
上述したように本実施形態に係るインダクタの合成インダクタンス値Ｌ_ｐは上記式（１）で与えられる。ここで図１１に示す第６の実施例のインダクタ１６について、コイル導体５０およびコイル導体４０の間のギャップ（最短距離）ｄを変化させることにより幅Ｗ１６を変化させた場合に、結合係数ｋ、自己インダクタンス値Ｌ１−２および合成インダクタンス値Ｌ_ｐとの関係をシミュレーションした結果を表１に示す。なお、インダクタ１６の厚みＨ１６を０.９ｍｍ、長径方向の長さＬ１６を１.８ｍｍとした。またギャップｄ＝０.２８［ｍｍ］のときインダクタ１６の幅Ｗ１６を３.４［ｍｍ］とした。 As described above, the combined inductance value L_p of the inductor according to the present embodiment is given by the above equation (1). Here, in the inductor 16 of the sixth embodiment shown in FIG. 11, when the width W16 is changed by changing the gap (shortest distance) d between the coil conductor 50 and the coil conductor 40, the coupling coefficient k, the simulation results of the relationship between the self-inductance value L 1-2 and combined inductance value L_p shown in Table 1. The thickness H16 of the inductor 16 was 0.9 mm, and the length L16 in the major axis direction was 1.8 mm. Further, when the gap d = 0.28 [mm], the width W16 of the inductor 16 is set to 3.4 [mm].
表１から、ギャップｄが小さくなると、結合係数ｋが大きく増加するが、自己インダクタンス値Ｌ１−２が低下する。式１からわかるように、結合係数ｋが増えても、合成インダクタンス値Ｌ_ｐがほとんど増えない。したがって、コイル導体を接近させることによって、合成インダクタンス値を増やすことは難しい。ただし、磁束が同相のインダクタでは、ギャップ間の磁性体の量が少ないために磁気飽和し易いのに対して、磁束が逆相のインダクタでは、磁性体の量が少なくても、磁束が相殺されるので実質的に磁束が減り磁気飽和が発生し難い。つまり、磁束が逆相のインダクタは、インダクタの大きさを小さくするために、コイル導体間の距離を小さくしても、磁気飽和し難いという効果も有する。
本実施形態のインダクタでは、コイル導体がエッジワイズ巻き、アルファ巻きのいずれの場合であっても、引出端子を引き出す位置の関係で、コイル一周上において局所的に巻き数が増えてしまう部分が生じる。図１４は、図９に示した第４の実施例のインダクタ１４のＣ-Ｃ断面の磁束分布図である。図１４に示したコイル導体２１に着目すると、インダクタ１４の中央部付近、すなわちコイル断面の右側部分から引出端子が引き出されているので、左側部分の巻き数は３ターンであるが、右側部分の巻数は４ターンとなる。そのため、図１４のコイル導体２１には磁束密度のムラが生じることになる。その結果、引出端子のある右側部分の磁束密度が相対的に高くなるため、コイル導体２１の右側部分が左側部分より磁気飽和が発生しやすい。この引出端子の位置による影響は、巻き数が少ないほど顕著になる。ここでコイル導体２０とコイル導体２１とが隣接して配置された場合を考えると、図１４では引出端子側のコイル部分どうしが隣り合っているので、磁束密度が相対的に高い側で磁束が相殺されることになる。そのため、図３のインダクタ１３のように引出端子側が離れて配置される場合と比較して、より磁気飽和し難いという利点がある。実施例４のほか、実施例２、６および８のインダクタにおいても同じ効果が得られる。
From Table 1, when the gap d decreases, the coupling coefficient k increases greatly, but the self-inductance value L1-2 decreases. As can be seen from Equation 1, even if the coupling coefficient k increases, the combined inductance value L_p hardly increases. Therefore, it is difficult to increase the combined inductance value by bringing the coil conductor closer. However, in an inductor with the same phase of the magnetic flux, magnetic saturation is likely because the amount of magnetic material between the gaps is small, whereas in an inductor with a reverse magnetic phase, the magnetic flux is canceled even if the amount of magnetic material is small. Therefore, the magnetic flux is substantially reduced and magnetic saturation is unlikely to occur. In other words, the inductor having the opposite phase of the magnetic flux also has an effect that the magnetic saturation is difficult even if the distance between the coil conductors is reduced in order to reduce the size of the inductor.
In the inductor of this embodiment, even if the coil conductor is either edgewise or alpha winding, there is a portion where the number of windings locally increases on the circumference of the coil due to the position where the lead terminal is pulled out. . FIG. 14 is a magnetic flux distribution diagram of the CC cross section of the inductor 14 of the fourth embodiment shown in FIG. Paying attention to the coil conductor 21 shown in FIG. 14, since the lead terminal is drawn out from the vicinity of the center of the inductor 14, that is, from the right side of the coil cross section, the number of turns in the left side is 3 turns. The number of turns is 4 turns. Therefore, the magnetic flux density unevenness occurs in the coil conductor 21 of FIG. As a result, the magnetic flux density in the right portion with the lead terminal becomes relatively high, and therefore the right portion of the coil conductor 21 is more likely to be magnetically saturated than the left portion. The influence of the position of the lead terminal becomes more prominent as the number of turns is smaller. Here, considering the case where the coil conductor 20 and the coil conductor 21 are arranged adjacent to each other, in FIG. 14, the coil portions on the lead terminal side are adjacent to each other. Will be offset. Therefore, there is an advantage that the magnetic saturation is less likely to occur as compared with the case where the lead terminal side is arranged apart like the inductor 13 of FIG. In addition to the fourth embodiment, the same effects can be obtained in the inductors of the second, sixth, and eighth embodiments.
上述したインダクタでは、磁性体の対向する端面を外部電極としたが、底面に２つの外部端子を配置した底面電極にしてもよく、対向する端面と底面との一部に配置したＬ字型の外部電極にしてもよい。また上述したインダクタでは、コイル導体の２つの引出端子は、インダクタの外部電極にそれぞれ電気的に接続されているが、各々のコイル導体の引出端子にそれぞれ外部電極を設け、インダクタが実装される回路基板の配線パターンによって、２つコイル導体が並列接続されてもよい。例えば、図１に示したインダクタ１０において、外部電極１０ａが巻回軸方向に二分割され、それぞれの外部電極に引出端子２０ａと３０ａがそれぞれ接続されている場合、インダクタを基板に実装した際に、二分割された外部電極が回路基板のフットプリントによって接続されればよい。 In the above-described inductor, the opposite end face of the magnetic body is an external electrode, but it may be a bottom face electrode in which two external terminals are arranged on the bottom face, and an L-shaped part disposed on a part of the opposite end face and bottom face. It may be an external electrode. Further, in the above-described inductor, the two lead terminals of the coil conductor are electrically connected to the external electrodes of the inductor, respectively, but a circuit in which the external electrodes are provided on the lead terminals of the respective coil conductors and the inductor is mounted. Two coil conductors may be connected in parallel depending on the wiring pattern of the substrate. For example, in the inductor 10 shown in FIG. 1, when the external electrode 10a is divided into two in the winding axis direction and the lead terminals 20a and 30a are connected to the external electrodes, respectively, when the inductor is mounted on the substrate. The external electrodes divided into two may be connected by the footprint of the circuit board.
本実施形態のインダクタは、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いることが好適である。例えば、携帯機器等のＣＰＵに電源を提供すためのＤＣ−ＤＣコンバータは、近年、小型低背で、低出力電圧、大電流化の進むとともに、放射ノイズの抑制やインダクタの直流抵抗損失の低減が強く求められる。しかし、小型低背で大電流に耐えられるチップインダクタの設計は困難である。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動周波を高くして、必要なインダクタンス値を減らすことによって、インダクタの巻数を減らすようになってきている。この結果、直流抵抗も低くなり、大電流による磁気飽和も、改善することができる。本実施形態のインダクタは、このような要求に答えることが容易に可能である。２つのコイル導体が横配置しているので低背化を実現することが容易であり、また２つのコイル導体が並列接続されているので電流能力を容易に確保できる。なお、２つのコイル導体が並列接続されているためインダクタンス値を大きくできないことは、高周波駆動、低インダクタンスの場合には大きな問題にならない。そして本実施形態のインダクタにおける最も重要な特性は、放射ノイズを大幅に低減できることである。 The inductor of this embodiment is preferably used for a DC-DC converter. For example, in recent years, DC-DC converters for supplying power to CPUs of portable devices and the like are small in size and low in profile, have become lower in output voltage and larger in current, and have suppressed radiation noise and reduced inductor DC resistance loss. Is strongly demanded. However, it is difficult to design a chip inductor that can withstand a large current with a small size and a low profile. Therefore, the number of turns of the inductor has been reduced by increasing the drive frequency of the DC-DC converter and reducing the necessary inductance value. As a result, the direct current resistance is lowered, and magnetic saturation due to a large current can be improved. The inductor of this embodiment can easily meet such a requirement. Since the two coil conductors are laterally arranged, it is easy to realize a low profile, and since the two coil conductors are connected in parallel, the current capability can be easily secured. The fact that the inductance value cannot be increased because the two coil conductors are connected in parallel is not a big problem in the case of high frequency driving and low inductance. The most important characteristic of the inductor according to this embodiment is that radiation noise can be greatly reduced.
１０ インダクタ
２０、３０ コイル導体
１０ａ、１０ｂ 外部電極
７０ 磁性体
10 Inductors 20 and 30 Coil conductors 10a and 10b External electrode 70 Magnetic body
Claims (7)
該１対のコイル導体は、巻回軸が平行で、且つ開口面が同一平面内に配置され、
該１対のコイル導体は、それぞれ同一の自己インダクタンス値を有し、
該１対のコイル導体の同一端面に露出する該引出端子が、それぞれ電気的に接続されて１対の外部電極を構成し、
該外部電極の一方からみたそれぞれのコイル導体の巻回方向が互いに逆向きである、インダクタ。 A pair of coil conductors having an insulating coating, and a magnetic body in which the two lead terminals of each coil conductor are exposed at two end faces and the coil conductors are embedded,
The pair of coil conductors have winding axes parallel to each other, and opening surfaces are arranged in the same plane.
Each of the pair of coil conductors has the same self-inductance value;
The lead terminals exposed on the same end face of the pair of coil conductors are electrically connected to form a pair of external electrodes,
An inductor in which winding directions of respective coil conductors viewed from one of the external electrodes are opposite to each other.
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