JP2019212874A - 複合インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】コイル間の結合係数を極めて小さくできる複合インダクタを提供する。【解決手段】複合インダクタは、素体と、素体内に配置された複数のコイルとを備え、コイルは、順に接続されてコイルの１ターンを構成する、第１導体、第２導体、第３導体および第４導体を有し、互いに交差するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向において、第１導体を含む第１ＸＹ平面と第３導体を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、第３導体は、第１導体よりもＸ方向にずれた位置にあり、複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複合インダクタに関する。

電子回路において、同一の電子部品を複数用いる場合がある。そのような場合に、実装面積を減らすため、複数の電子部品を一体化した複合電子部品を用いる。インダクタにおいても、複数のコイルを一体化した複合インダクタを用いることがある。一般的に複合インダクタは、それぞれのコイルが他のコイルに影響しないように、各コイル間の磁気結合を極力小さくしなければならない。

特開２００７−１２６８６号公報（特許文献１）には従来の複合インダクタが記載されている。この従来の複合インダクタは、フェライトからなる断面Ｅ字形状の第１のＥ型コアおよび第２のＥ型コアと、フェライトからなる板状のＩ型コアと、リング形状に巻回された第１コイルおよび第２コイルとを有する。第１のＥ型コアは、内部に第１コイルを収納し、第２のＥ型コアは、内部に第２コイルを収納し、第１のＥ型コアと第２のＥ型コアは、Ｉ型コアの両面に配置される。

特開２００７−１２６８６公報

前記従来の複合インダクタでは、第１のＥ型コアの中脚とＩ型コアの間、および、第２のＥ型コアの中脚とＩ型コアの間に、ギャップが設けられている。このギャップが磁気抵抗として機能するため、第１コイルと第２コイルとの磁気結合が抑えられている。しかしながら、第１コイルと第２コイルとの結合係数完全になくすことはできないという問題があった。

そこで、本開示の課題は、コイル間の結合係数を極めて小さくできる複合インダクタを提供することにある。

前記課題を解決するため、本開示の一態様である複合インダクタは、
素体と、
前記素体内に配置された複数のコイルと
を備え、
前記コイルは、順に接続されてコイルの１ターンを構成する、第１導体、第２導体、第３導体および第４導体を有し、
互いに交差するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向において、
前記第１導体を含む第１ＸＹ平面と前記第３導体を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、前記第３導体は、前記第１導体よりもＸ方向にずれた位置にあり、
前記複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されている。

本開示の複合インダクタによれば、各コイルの第１導体と第３導体は、Ｚ方向に段差を有し、複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されているので、コイル間の結合係数を極めて小さくできる。

複合インダクタの第１実施形態を示す簡略透視斜視図である。 第１コイルの巻回ループを説明する説明図である。 第１コイルおよび第２コイルの第１ループを説明する説明図である。 第１コイルおよび第２コイルの第２ループを説明する説明図である。 コイルが２ターンであるときの結合係数ｋ_１２とＳ/ｌｃの関係を示すグラフである。 コイルが６ターンであるときの結合係数ｋ_１２とＳ/ｌｃの関係を示すグラフである。 複合インダクタの第２実施形態を示す簡略透視斜視図である。 結合係数ｋとＳ/ｌｃの関係を示すグラフである。 インダクタンスとコイル電流の関係を示すグラフである。 結合係数ｋとコイル電流の関係を示すグラフである。 複合インダクタの断面の磁束分布を示す図である。 複合インダクタの断面の磁束分布を示す図である。 複合インダクタの第３実施形態を示す簡略透視斜視図である。

複合インダクタの一実施形態では、
素体と、
前記素体内に配置された複数のコイルと
を備える。
前記コイルは、順に接続されてコイルの１ターンを構成する、第１導体、第２導体、第３導体および第４導体を有する。
互いに交差するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向において、
前記第１導体を含む第１ＸＹ平面と前記第３導体を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、前記第３導体は、前記第１導体よりもＸ方向にずれた位置にあり、
前記複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されている。

前記実施形態の複合インダクタによれば、各コイルの第１導体と第３導体は、Ｚ方向に段差を有し、複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されているので、コイル間の結合係数を極めて小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、
前記複数のコイルは、４つ以上あり、
前記複数のコイルのＸ方向の両端に位置する端コイルと前記端コイルに隣接するコイルとの間の間隔は、前記端コイル以外の他のコイルにおいて隣り合う２つのコイルの間の間隔と異なる。

前記実施形態によれば、４つ以上のコイルを有していても、コイル間の結合係数を極めて小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、隣り合う２つのコイルにおいて、一方のコイルの前記第１導体と他方のコイルの前記第３導体は、Ｚ方向からみて重なる。

前記実施形態によれば、複合インダクタのＸ方向の大きさを小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記第２導体および前記第４導体を含む第３平面は、前記第１ＸＹ平面および前記第２ＸＹ平面に対して、直交している。

前記実施形態によれば、複合インダクタのＸ方向の大きさを小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記第２導体および前記第４導体を含む第３平面は、前記第１ＸＹ平面および前記第２ＸＹ平面に対して、傾斜している。

前記実施形態によれば、複合インダクタのＺ方向の大きさを小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記複数のコイルは、Ｘ方向に直線状に配列されている。

前記実施形態によれば、複合インダクタのＹ方向の大きさを小さくできる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記第２導体および前記第４導体は、ビア導体から構成される。

前記実施形態によれば、素体およびコイルをシート積層して、複合インダクタを積層プロセスにより形成できる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記コイルは、巻回された導線から構成され、前記第２導体および前記第４導体は、前記導線を折り曲げて形成される。

前記実施形態によれば、コイル導線を巻回して形成できる。また、コイルを素体で封止して、複合インダクタをモールドプロセスにより形成できる。

また、複合インダクタの一実施形態では、前記素体は、磁性粉と樹脂を含有する。

前記実施形態によれば、素体は、磁性粉と樹脂を含有するので、直流重畳電流を大きくすることができ、かつ、絶縁性を高めることができる。

以下、本開示の一態様である複合インダクタを図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、図面は一部模式的なものを含み、実際の寸法や比率を反映していない場合がある。

（第１実施形態）
図１は、複合インダクタの第１実施形態を示す簡略透視斜視図である。図１に示すように、複合インダクタ１０は、素体２０と、素体２０内に配置された第１コイル１１および第２コイル１２とを備える。複合インダクタ１０は、例えば、車載用の先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）など大電流容量のＤＣ／ＤＣコンバータ回路用のインダクタ等として用いられる。

素体２０は、略直方体状に形成されている。素体２０の表面は、第１端面２１と、第１端面２１に対向する第２端面２２と、第１端面２１と第２端面２２の間に接続された第１側面２５と、第１側面２５に対向する第２側面２６と、第１側面２５と第２側面２６の間に接続された底面２７と、底面２７に対向する天面２８とから構成される。底面２７は、複合インダクタ１０を実装基板に実装するときの実装面である。

ここで、図示するように、Ｘ方向は、第１端面２１と第２端面２２の対向する方向であり、複合インダクタ１０の長さ方向である。Ｙ方向は、第１側面２５と第２側面２６の対向する方向であり、複合インダクタ１０の幅方向である。Ｚ方向は、底面２７と天面２８の対向する方向であり、複合インダクタ１０の高さ方向である。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交している。

素体２０は、例えば、磁性体から構成される。素体２０は、好ましくは、磁性粉と樹脂を含有し、これにより、直流重畳電流を大きくできる。磁性粉として、例えば、鉄（Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系等の鉄系の金属磁性粉や、鉄を含まない組成系の金属磁性粉、鉄を含む他の組成系の金属磁性粉、アモルファス等の金属磁性粉、表面がガラス等の絶縁体で被覆された金属磁性粉、表面を改質した金属磁性粉、ナノレベルの微小な金属磁性粉、フェライト等を用いる。樹脂として、例えば、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いるのが好的であるが、ポリエチレン樹脂やポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂等をそれぞれ用い、または、これらを混合したものを用いてもよい。なお、素体は、磁性体から構成されるが、非磁性体から構成されてもよい。

第１コイル１１は、順に接続されてコイルの１ターンを構成する、第１導体１１１、第２導体１１２、第３導体１１３および第４導体１１４を有する。ここで、第１コイル１１は、完全な１ターンのみでなく、１ターン以下を含んでもよい。

第１導体１１１を含む第１ＸＹ平面と第３導体１１３を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、第３導体１１３は、第１導体１１１よりもＸ方向に位置する。具体的に述べると、第３導体１１３は、第１導体１１１よりもＺ方向に位置し、つまり、第３導体１１３は、第１導体１１１よりも高い位置にある。第１導体１１１と第３導体１１３は、Ｚ方向に段差を有し、第２導体１１２および第４導体１１４は、段差を構成する。

第２導体１１２および第４導体１１４を含む第３平面は、第１ＸＹ平面および第２ＸＹ平面に対して、直交している。これにより、第３平面が、第１ＸＹ平面および第２ＸＹ平面に対して直交しない場合にくらべて、第１コイル１１のＸ方向の大きさを小さくできて、複合インダクタ１０のＸ方向の大きさを小さくできる。

第１導体１１１および第３導体１１３は、扁平な導体であり、第２導体１１２および第４導体１１４は、柱状な導体である。第１導体１１１は、互いに直交する２辺から構成され、第３導体１１３は、互いに直交する３辺から構成される。第２導体１１２および第４導体１１４は、それぞれ、直線状に構成される。

第１コイル１１は、さらに、第４導体１１４に順に接続される、第５導体１１５、第６導体１１６、第７導体１１７、第８導体１１８および第９導体１１９を有する。第５から第８導体１１５〜１１８は、コイルの１ターンを構成する。

第５導体１１５は、第１導体１１１のＺ方向の正の方向に積み重ねられ、第６導体１１６は、第２導体１１２のＸ方向の負の方向に並べられ、第７導体１１７は、第３導体１１３のＺ方向の正の方向に積み重ねられ、第８導体１１８は、第４導体１１４のＸ方向の負の方向に並べられ、第９導体１１９は、第５導体１１５のＺ方向の正の方向に積み重ねられる。第５導体１１５と第７導体１１７とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、第７導体１１７は、第５導体１１５よりもＸ方向の正の方向に位置する。

このように、第１から第９導体１１１〜１１９は、順に接続されて、第１コイル１１は、螺旋状に巻回される。

第２コイル１２は、第１コイル１１と同様に、第１から第９導体１２１〜１２９を有する。つまり、第１導体１２１、第２導体１２２、第３導体１２３および第４導体１２４は、順に接続されてコイルの１ターンを構成する。第５導体１２５、第６導体１２６、第７導体１２７および第８導体１２８は、順に接続されてコイルの１ターンを構成する。第１導体１２１を含む第１ＸＹ平面と第３導体１２３を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、第３導体１２３は、第１導体１２１よりもＸ方向の正の方向に位置する。第５導体１２５と第７導体１２７とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、第７導体１２７は、第５導体１２５よりもＸ方向の正の方向に位置する。

第２コイル１２の第１導体１２１の端部１２１ａと第１コイル１１の第１導体１１１の端部１１１ａとは第１側面２５に位置し、第２コイル１２の第９導体１２９の端部１２９ａと第１コイル１１の第９導体１１９の端部１１９ａとは第２側面２６に位置する。第２コイル１２は、第１コイル１１と、同じ形状、つまり、同じターン数で同じ大きさである。

第１コイル１１と第２コイル１２は、Ｘ方向に沿って配列されている。第１コイル１１と第２コイル１２は、好ましくは、Ｘ方向に直線状に配列されている。これにより、複合インダクタ１０のＹ方向の大きさを小さくできる。ここで、Ｘ方向に直線状に配列とは、第１コイル１１のＹ方向の中央と第２コイル１２のＹ方向の中央とを結ぶ方向が、Ｘ方向に一致することをいう。

第１コイル１１と第２コイル１２は、互いに接触しないように、段差の位置と方向とを揃えて配置されている。つまり、第１コイル１１の第１導体１１１と第２コイル１２の第１導体１２１は、同一の第１ＸＹ平面に配置され、第１コイル１１の第３導体１１３と第２コイル１２の第３導体１２３は、同一の第２ＸＹ平面に配置されている。

隣り合う第１コイル１１と第２コイル１２において、第２コイル１２の第１導体１２１と第１コイル１１の第３導体１１３は、Ｚ方向からみて重なることができる。これによれば、複合インダクタ１０のＸ方向の大きさを小さくできる。

前記複合インダクタ１０によれば、各コイル１１，１２の第１導体１１１，１２１と第３導体１１３，１２３は、Ｚ方向に段差を有し、第１と第２コイル１１，１２は、Ｘ方向に沿って配列されているので、コイル１１，１２間の結合係数を極めて小さくできる。また、複合インダクタ１０の高さを抑えることができる。

第１コイル１１の第１導体１１１の端部１１１ａと第９導体１１９の端部１１９ａ、および、第２コイル１２の第１導体１２１の端部１２１ａと第９導体１２９の端部１２９ａは、それぞれ、引き出し端子を構成する。４つの引き出し端子は、素体表面に設けられた４つの外部電極に電気的にそれぞれ接続され、これにより、第１コイル１１および第２コイル１２の２つのコイルを備えた複合インダクタ１０となる。

第１導体１１１の端部１１１ａおよび第１導体１２１の端部１２１ａは、素体２０の第１側面２５にそれぞれ引き出される。第９導体１１９の端部１１９ａおよび第９導体１２９の端部１２９ａは、素体２０の第２側面２６にそれぞれ引き出される。なお、端部１１１ａ，１１９ａ，１２１ａ，１２９ａは、ビア導体を介して、素体２０の底面２７に引き出されてもよい。

第１コイル１１および第２コイル１２は、素体２０と第１導体１１１，１２１と第３導体１１３，１２３とをシート積層し、第２導体１１２，１２２および第４導体１１４、１２４はビア導体で構成することにより、複合インダクタ１０をシート積層により形成ができる。
また、第１コイル１１および第２コイル１２は、素体２０と第１導体１１１，１２１と第３導体１１３，１２３と第２導体１１２，１２２および第４導体１１４、１２４を印刷積層することにより、複合インダクタ１０を印刷積層により形成ができる。

なお、第１コイル１１および第２コイル１２は、巻回された導線から構成されてもよく、このとき、第２導体１１２，１２２および第４導体１１４，１２４は、導線を折り曲げて形成される。これによれば、第１コイル１１および第２コイル１２を、導線を巻回して形成できる。また、第１コイル１１および第２コイル１２を素体２０で封止して、複合インダクタ１０をモールドプロセスにより形成できる。

次に、コイル１１，１２間の結合係数を極めて小さくできる理由を説明する。

図２は、第１コイル１１の巻回ループを説明する説明図である。図２に示すように、第１コイル１１のＸ方向の長さをｌｃ、Ｙ方向の幅をｗｃ、Ｚ方向の高さをｈｃとする。第１ループ１Ａは、第１コイル１１のＸ方向に投影されたループであり、第２ループ１Ｂは、第１コイル１１のＺ方向に投影されたループである。第１コイル１１の巻回ループの磁束Ｂ１は、Ｘ方向から見た側面視の第１ループ１Ａの磁束Ｂｘ１とＺ方向から見た平面視の第２ループ１Ｂの磁束Ｂｚ１との合成磁束とみなすことができる。

図３と図４は、第１コイル１１と第２コイル１２の巻回ループのＸ方向の投影ループを説明する説明図であり、図４は、第１コイル１１と第２コイル１２の巻回ループのＺ方向の投影ループを説明する説明図である。図３と図４に示すように、第２コイル１２の旋回ループの磁束Ｂ２は、第１コイル１１の旋回ループの磁束と同様に、Ｘ方向から見た側面視の第１ループ２Ａの磁束Ｂｘ２とＺ方向から見た平面視の第２ループ２Ｂの磁束Ｂｚとの合成磁束とみなすことができる。図に示す「ｉ」とは、それぞれの投影ループに流れる見かけの電流の向きを示す。

図３に示すように、第１コイル１１の第１ループ１Ａの磁束Ｂｘ１と第２コイル１２の第１ループ２Ａの磁束Ｂｘ２とは、同方向になるため、第１コイル１１の第１ループ１Ａと第２コイル１２の第１ループ２Ａとは、正の結合係数を持つ。

一方、図４に示すように、第１コイル１１の第２ループ１Ｂの磁束Ｂｚ１のうち、第２コイル１２の第２ループ２Ｂに回り込んだ磁束は、第２コイル１２の第２ループ２Ｂの磁束の向きとは逆になり、第２コイル１２の第２ループ２Ｂの磁束Ｂｚ２のうち、第１コイル１１の第２ループ１Ｂに回り込んだ磁束は、第１コイル１１の第２ループ１Ｂの磁束の向きとは逆方向になる。そのため、第１コイル１１の第２ループ１Ｂと第２コイル１２の第２ループ２Ｂとは、負の結合係数を持つ。

そして、正の結合係数と負の結合係数とが合成された結果が、第１コイル１１と第２コイル１２の間の結合係数となる。結合係数は、コイルピッチＳ（図１参照）とステップ高さｈｓ（図２参照）で調整できる。したがって、寸法を調整すれば結合係数を極めて小さくできる可能性がある。寸法の調整は、ステップ高さｈｓを先に決めてから、コイルピッチＳの値を調整してもよい。ここで、コイルピッチＳとは、第１コイル１１と第２コイル１２のＸ方向の配列の間隔をいう。ステップ高さｈｓとは、各コイル１１，１２の第１導体１１１，１２１と第３導体１１３，１２３の高低差をいう。

次に、複合インダクタの構造と電気特性との関係を調べるために、複合インダクタの構造をＦｅｍｔｅｔ（登録商標）で磁界解析した。ここで、素体の比透磁率を２４.５とした。

図５は、各コイル１１，１２において、コイルの長さｌｃを１.０ｍｍ、コイルの幅ｗｃを１.６ｍｍ、コイルのターン数を２、コイルのステップ高さｈｓをそれぞれ０.３ｍｍ、０.４ｍｍ、０.５ｍｍ、０.６ｍｍ、０.７ｍｍに固定した場合、第１コイル１１と第２コイル１２の間の結合係数ｋ_１２と、コイルの長さｌｃに対するコイルピッチＳの比率Ｓ/ｌｃの値との関係の解析結果を示す。

図５の結果から分かるように、結合係数が０になるＳ/ｌｃの値はｈｓに依存し、ｈｓ＝０.３ｍｍ、０.４ｍｍ、０.５ｍｍ、０.６ｍｍ時のＳ/ｌｃの値はそれぞれ０.６６、０.７２、０.８３、１.０５であった。但し、ｈｓが０.７ｍｍ以上である場合、正と負の結合の平衡点が得られなくなるため、結合係数ｋ_１２＝０まで調整することができない。よって、上記の構造において、ｋ_１２が０になるＳ/ｌｃの値の上限値は約１.１であった。また、Ｓ/ｌｃの値が０.６６以下の場合、２つのコイル１１，１２が接近し接触するので、この数値は臨界のＳ/ｌｃの値の下限値となる。なお、Ｓとｌｃの寸法のばらつきによる結合係数のばらつきは、ｘ軸との交点における傾きが小さいほど鈍感になる。図５において最適なＳ/ｌｃは、０．４，０．５である。

図６は、コイルの長さｌｃを２.０ｍｍ、コイルの幅ｗｃを１.６ｍｍ、コイルのターン数を６とし、コイルのステップ高さｈｓをそれぞれ０.５ｍｍ、０.６ｍｍ、０.７ｍｍ、０.８ｍｍ、０.９ｍｍ、１.０ｍｍに固定した場合、第１コイル１１と第２コイル１２の間の結合係数ｋ_１２とＳ/ｌｃの値との関係の解析結果を示す。

図６の結果から分かるように、ｈｓ＝０.５ｍｍ、０.６ｍｍ、０.７ｍｍ、０.８ｍｍ、０.９ｍｍ時の結合係数が０になるＳ/ｌｃの値はそれぞれ０.７５、０.７８、０.８９、１.０５であった。但し、ｈｓが１.０ｍｍ以上である場合、正と負の結合の平衡点が得られなくなるため、結合係数ｋ_１２＝０まで調整することができない。よって、上記の構造において、ｋ_１２が０になる臨界のＳ/ｌｃの値の上限値は図５と同様に約１.１であった。また、Ｓ/ｌｃの値が０.７５以下の場合、２つのコイル１１，１２が接近し接触するので、この数値は上記構造の臨界のＳ/ｌｃの値の下限値となる。図６において最適なＳ/ｌｃは、０．７，０．８である。

前述のように、Ｓ/ｌｃの値の下限値は、隣接するコイルが接触しないように構造の寸法によって決められる。値の下限値はコイルの巻き数によって異なるが、１ターンであっても、Ｓ/ｌｃの値が０.５０より大きくなければならない。よって、臨界のＳ/ｌｃの値の範囲は、０.５０＜Ｓ/ｌｃ≦１.１である。

Ｓ／ｌｃ＜１の場合、第１コイル１１（第３導体１１３）と第２コイル１２（第１導体１２１）はＺ方向から見て重なる。一方、Ｓ／ｌｃ≧１の場合、第１コイル１１（第３導体１１３）と第２コイル１２（第１導体１２１）は重ならない。

（第２実施形態）
図７は、複合インダクタの第２実施形態を示す簡略透視斜視図である。第２実施形態は、第１実施形態とは、コイルの数が相違する。この相違する構成を以下に説明する。その他の構成は、第１実施形態と同じ構成であり、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態の複合インダクタ１０Ａは、第１コイル１１と第２コイル１２と第３コイル１３と第４コイル１４を有する。第１から第４コイル１１〜１４は、Ｘ方向に沿って配列されている。第１から第４コイル１１〜１４は、全て同じ形状である。

Ｘ方向の両端に位置する端コイル（第１コイル１１および第４コイル１４）と端コイルに隣接するコイル（第２コイル１２および第３コイル１３）との間の間隔は、端コイル以外の他のコイル（第２コイル１２および第３コイル１３）において隣り合う２つのコイル（第２コイル１２および第３コイル１３）の間の間隔と異なる。

具体的に述べると、両端の第１コイル１１および第４コイル１４と、内側の第２コイル１２および第３コイル１３とでは、周囲の状況が異なるため、第１コイル１１と第２コイル１２の間、および、第３コイル１３と第４コイル１４の間に、インダクタンス値に多少のアンバランスが生じる。それらのバランスを取るために、第１コイル１１と第２コイル１２の間の距離Ｓｅ、および、第３コイル１３と第４コイル１４の間の距離Ｓｅと、第２コイル１２と第３コイル１３の間の距離Ｓｃとを、異ならせる。

これによれば、４つのコイル１１〜１４を有していても、コイル間の結合係数を極めて小さくできる。なお、コイルは、４つ以上あってもよく、複数のコイルのＸ方向の両端に位置する端コイルと端コイルに隣接するコイルとの間の間隔は、端コイル以外の他のコイルにおいて隣り合う２つのコイルの間の間隔と異なるようにすればよい。

図８は、距離Ｓｅを固定した場合の、コイル間の各結合係数と、Ｓｃ/ｌｃの値との関係をＦｅｍｔｅｔで磁界解析した結果を示す。各コイル１１〜１４において、ｌｃ＝１.０ｍｍ、ｗｃ＝１.６ｍｍ、高さｈｓ＝０.４１ｍｍ、距離Ｓｅ＝（Ｓｃ−５０μｍ）である。

図８の結果より、Ｓｃ/ｌｃ＝０.７４ｍｍである時、いずれの結合係数が極めて小さくになることが分かる。この臨界値において、複合インダクタの長さ、幅、高さは、それぞれ、約３.５ｍｍ、１.８ｍｍ、０.８ｍｍであった。

図９は、複合インダクタのインダクタンス値と直流重畳電流との関係を示し、図１０は、各コイル間の結合係数と直流重畳電流との関係を示す。

図９の結果から、コイルに流れる電流が大きくなるに伴い、磁気飽和によって各コイルのインダクタンス値が徐々に下がり、直流電流が５Ａである時には、Ｌ値が約２６％低下している。しかし、図１０に示すように、直流電流に対してコイル間の各磁気結合係数の変動は僅かである。つまり、たとえ磁気飽和が発生しても、直流電流に依存することなく、磁気結合の極めて小さい特性を維持できることが分かる。

図１１Ａと図１１Ｂは、複合インダクタの第２実施形態の断面の磁束分布を示す図であり、図１１Ａは、第１から第４コイル１１〜１４に同じ向きの電流を流した場合の磁界解析をした結果を示し、図１１Ｂは、第２と第４コイル１２、１４に、第１と第３コイル１１、１３とは異なる方向の電流を流した場合の磁界解析をした結果を示す。図１１Ａと図１１Ｂから分かるように、第１から第４コイル１１〜１４に同じ向きの電流としたほうが、直流重畳電流による結合係数の変化が小さい。

（第３実施形態）
図１２は、複合インダクタの第３実施形態を示す簡略透視斜視図である。第３実施形態は、第１実施形態とは、コイルの形状が相違する。この相違する構成を以下に説明する。その他の構成は、第１実施形態と同じ構成であり、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２に示すように、第３実施形態の複合インダクタ１０Ｂでは、第１コイル１１Ｂにおいて、第２導体１１２および第４導体１１４を含む第３平面は、第１導体１１１を含む第１ＸＹ平面および第３導体１１３を含む第２ＸＹ平面に対して、傾斜している。同様に、第６導体１１６および第８導体１１８を含む第３平面は、第５導体１１５を含む第１ＸＹ平面および第７導体１１７を含む第２ＸＹ平面に対して、傾斜している。これによれば、第１コイル１１ＢのＺ方向の大きさを小さくできて、複合インダクタ１０ＢのＺ方向の大きさを小さくできる。

同様に、第２コイル１２Ｂにおいて、第２導体１２２および第４導体１２４を含む第３平面は、第１導体１２１を含む第１ＸＹ平面および第３導体１２３を含む第２ＸＹ平面に対して、傾斜している。同様に、第６導体１２６および第８導体１２８を含む第３平面は、第５導体１２５を含む第１ＸＹ平面および第７導体１２７を含む第２ＸＹ平面に対して、傾斜している。これによれば、第２コイル１２ＢのＺ方向の大きさを小さくできて、複合インダクタ１０ＢのＺ方向の大きさを小さくできる。

第１から第３の実施形態のインダクタを用いると、実装面積を低減することができる。たとえば、長さ１．８ｍｍ、幅１．０ｍｍのインダクタを幅方向に並べて実装する場合は、インダクタの間にギャップが必要である。たとえば１素子入のインダクタをギャップ０．５ｍｍとして４つ並べる場合、幅方向は５．５ｍｍ必要である。しかし、４素子入の複合インダクタを用いれば、幅方向を３．５ｍｍとすることができる。素子数が多ければ多いほど実装面積の低減効果は高い。

なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第１から第３実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

前記実施形態では、コイルの数量の増減は自由であり、コイルのターン数の増減は自由である。前記実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに、直角以外の角度で交差するようにしてもよい。前記実施形態では、各コイルにおいて、第３導体は第１導体よりも低い位置にあってもよい。

前記実施形態では、複数のコイルは、Ｘ方向に直線状に配列されているが、Ｘ方向に千鳥状に配列されていてもよい。前記実施形態では、隣り合う２つのコイルにおいて、一方のコイルの第１導体と他方のコイルの第３導体は、Ｚ方向からみて重ならなくてもよい。

前記実施形態では、複数のコイルは、全て同じ形状であるが、少なくとも一つのコイルが他のコイルと異なる形状であってもよい。つまり、少なくとも一つのコイルのターン数や大きさが、他のコイルのターン数や大きさと異なってもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 複合インダクタ
１１，１１Ｂ 第１コイル
１１１〜１１９ 第１〜第９導体
１２，１２Ｂ 第２コイル
１２１〜１２９ 第１〜第９導体
２０ 素体
１Ａ，２Ａ 第１ループ
１Ｂ，２Ｂ 第２ループ

Claims (9)

1. 素体と、
   前記素体内に配置された複数のコイルと
   を備え、
   前記コイルは、順に接続されてコイルの１ターンを構成する、第１導体、第２導体、第３導体および第４導体を有し、
   互いに交差するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向において、
   前記第１導体を含む第１ＸＹ平面と前記第３導体を含む第２ＸＹ平面とは、Ｚ方向にずれた位置にあり、前記第３導体は、前記第１導体よりもＸ方向にずれた位置にあり、
   前記複数のコイルは、Ｘ方向に沿って配列されている、複合インダクタ。
2. 前記複数のコイルは、４つ以上あり、
   前記複数のコイルのＸ方向の両端に位置する端コイルと前記端コイルに隣接するコイルとの間の間隔は、前記端コイル以外の他のコイルにおいて隣り合う２つのコイルの間の間隔と異なる、請求項１に記載の複合インダクタ。
3. 隣り合う２つのコイルにおいて、一方のコイルの前記第１導体と他方のコイルの前記第３導体は、Ｚ方向からみて重なる、請求項１または２に記載の複合インダクタ。
4. 前記第２導体および前記第４導体を含む第３平面は、前記第１ＸＹ平面および前記第２ＸＹ平面に対して、直交している、請求項１から３の何れか一つに記載の複合インダクタ。
5. 前記第２導体および前記第４導体を含む第３平面は、前記第１ＸＹ平面および前記第２ＸＹ平面に対して、傾斜している、請求項１から３の何れか一つに記載の複合インダクタ。
6. 前記複数のコイルは、Ｘ方向に直線状に配列されている、請求項１から５の何れか一つに記載の複合インダクタ。
7. 前記第２導体および前記第４導体は、ビア導体から構成される、請求項１から６の何れか一つに記載の複合インダクタ。
8. 前記コイルは、巻回された導線から構成され、前記第２導体および前記第４導体は、前記導線を折り曲げて形成される、請求項１から６の何れか一つに記載の複合インダクタ。
9. 前記素体は、磁性粉と樹脂を含有する、請求項１から８の何れか一つに記載の複合インダクタ。